Brevet FR2004957A1 — publié le 19691205

La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux collecteurs de machines électriques pour courant continu et pour courant alternatif. Comme cela est.bien connu, dans un collecteur classique, les segments, habituellement formés de cuivre ou d'un alliage de cuivre, sont répartis autour d'un manchon et ils sont isolés les uns des autres et par rapport au manchon par une isolation du type-mica. On a trouvé qu'une utilisation intermittente se traduisant par un échauffement et un refroidissement répétés du collecteur pouvait provoquer une déformation non-élastique de l'isolation du type-mica et/ou du cuivre, ce qui pouvait provoquer finalement un déplacement des segments les uns par rapport aux autres et-par conséquent des éclatements d'arc et une usure excessive, par exemple sous l'effet d'un rebondissement des balais en graphite ou bien d'une rupture d'un balai entrant en contact avec un segment décalé vers le bas. L'invention concerne un collecteur pour machines électriques qui est caractérisé en ce quI il comprend des segments conducteurs partant. d'un moyeu qui est muni de nervures circonférentielles et et ce que les segments comportent des saillies agencées pour s'engager entre les nervures du moyeu en même temps qu'une matière isolante de liaison disposée entre les surfaces coopérantes des S*gnents et du moyeu ainsi qutentre les segments adjacents, la matière isolante de liaison formant des joints mécaniques qui sont i ctriquement isolants. La matière isolante de liaison peut être une matière vitreuse telle que du verre, ou bien un mélange, lié par fusion, de verre avec.du mica, ou bien de toute autre matière isolante réfractaire appropriée en poudre, ou bien de verre traité de façon à former au moins partiellement un ensemble verre-céramique, et le joint peut être réalisé en assemblant par fusion la matiere de liaison avec le métsl En variante, une substance d'isolation telle qu'une résine époxyde chargée de poudre de silice par exemple peut être utilisée pour des collecteurs présentant des températures à coeur ne dépassant pas 100 à 120la. Les surfaces radiales en contact des segments et du moyeu peuvent être rendues rugueuses, par exemple par décapage ou par sablage à la grenaille de façon à faciliter l'adhérence de la matière de liaison et/ou les surfaces peuvent être munies de saillies et/ou de perforations et/ou d'ondulations, si nécessaire, pour empêcher un déplacement radial non-élastique des segments sous l'effet des forces centrifuges. Les caractéristiques de ltinvention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non-limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la Fig.1, une coupe longitudinale partielle d'un collecteur selon l'invention ; - la Fig.2, une coupe faite suivant la ligne II-II de la Fiv.1 - la Fig.3, un autre mode de réalisation de l'invention, la moitié supérieure représentant une coupe longitudinale et la moitié inférieure une vue en élévation latérale - la Fig.4, une vue en bout du collecteur de la Fig.3 - la Fig.5, un autre mode de réalisation, la moitié supérieure de la figure étant une coupe longitudinale et la moitié inférieure une vue en élévation. Sur les Fig.1 et 2, la référence 1 désigne un manchon ou moyeu métallique supportant des segments 2 d'un collecteur en cuivre. Le moyeu est pourvu de nervures circonférentielles externes 3 tandis que les segments de collecteur sont munis de saillies internes 4 qui pénètrent dans les creux formés entre les nervures 3. Les joints entre les nervures et saillies en coopération sont rendus étanches à l'aide d'une matière de liaison 5 qui pénètre également en 6 entre les segments adjacents. La matière de liaison est élec triquement isolante et elle assure à la fois une liaison mécanique et une isolation électrique. Pour faciliter l'assemblage des segments sur le moyeu, les surfaces radiales peuvent, comme indiqué schématiquement en 7, être rendues rugueuses et/ou pourvues de petites ondulations. Ceci augmente ltétendue de la surface et permet d'obtenir des surfaces d'emboitement facilitant l'assemblage des segments en les empêchent d'entre déplacés radialement vers l'extérieur sous l'effet des forces centrifuges engendrées lorsque le collecteur tourne à grande vitesse. Dans la disposition des Pig.l et 2, les surfaces en coopéra tiân ont un profil ondulé. Les Fig.3 et 4 représentent une variante dans laquelle le support de collecteur 8 est formé en partie par des anneaux 9-en acier percés de trous et les segments 2' en cuivre sont munis de nervuresinternes 1Q qui s'engagent entre les anneaux 9 et qui sont fixées, comme dans la forme de réalisation précédente, à l'aide d'une matière de liaison 5 qui peut être un mélange d'une résine époxyde et d'une fine poudre de silice, les proportions. de ces substances étant choisies dè façon à obtenir un coefficient de dilatation thermique d'environ 30 miùr'o;a par mètre et.par degré centigrade.Ce mélange peut ôtre coulé en position par centrifugation ou autrement et il peut être cuit par des procédés bien connus. On peut prévoir une isolation en mica lié par de la gommelaque dans la partie de chaque encoche située sur ou à proximité des surfaces extérieures de façon à obtenir des conditions classiques de commutation avec les balais en graphite. Les anneaux 9 peuvent être constitués d'acier doux mais également d'acier inoxydable 18/8 qui présente à peu près le même coefficient de dilatation thermique que le cuivre. Les anneaux sont munis éventuellement de petites ondulations 7. Chaque segment peut, en variante, être formé d'un barreau en cuivre présentant une partie intérieure 17 en acier inoxydable 18/8 qui est plus résistante et qui peut etre rendue-plus mince, comme indiqué sur Sa Fig.6, pour augmenter l'épaisseur de l'isolation sur le moyeu. La Fig.5 représente une autre disposition dans laquelle des segments de collecteur 11 en métal sont répartis autour d'un moyeu métallique 12 et, comme dans la disposition de la Fig.1, , ils sont munis de saillies internes 4 engagées entre les nervures externes 3 du moyeu. Cependant, dans cette disposition, la matière de liaison est du verre fondu solidifié qui pénètre également entre les segments adjacents, comme indiqué en 14. Le verre peut être affouillé de manière à ne pas gêner la commutation ou bien du mica, ou du mica lié par de la gomme-laque, peut être fixé dans la partie extérieure de chaque encoche de façon à obtenir une surface de collecteur de type classique. Dans une construction préférée, le moyeu 12 et les segments 11 sont formés d'acier doux et sont tous revêtus par galvanoplastie d'une pellicule de cuivre dont l'adhérence est fortement améliorée par un traitement thermique dans l'hydrogène à une température de 800 à 8500C. Le revêtement de cuivre 15 est lié métallurgiquement à la partie de segment 13 en acier doux, par exemple par soudage, par brasage ou par électroplacage. En utilisant des montages appropriés, les pièces sont alors chauffées à une température comprise entre 600 et 8000C et un verre d'étanchéité appropriée est introduit par fusion entre les segments ainsi qu'entre les nervures et saillies de segments en coopération de manière à assurer féur liaison étanche, puis les pièces sont refroidies lentement dans un four de recuit.Avec un verre contenant 58 parties en poids de PbO, 25 parties en poids de Six2, 7,3 parties en poids de Na20, 4,4 parties en poids de B20, O:,9 partie en poids de Au203, 0,7 partie en poids de Fie20) et 0,1 partie en poids de TiC2, la pièce terminée d'assemblage hermétique peut être maintenue à une température de 3600C pendant une heure puis refroidie jusqu'à la température ambiante à raison de 30C par minute. Des essais de résistance à la traction, effectués avec une encoche en V présentant un angle de 300, ont donné des charges de rupture de 5,25 kg/mm2 dans la section de projection de ce joint. Cependant, il va de soi qu'on peut utiliser d'autres verres de scellement applicables à l'acier La structure de la Fig.5 peut être utilisée avec un moyeu 12 et des segments 11 en acier inoxydable 18/8 lié métallurgiquement à un revêtement en cuivre 15. Du fait quelle cuivre et l'acier inoxydable 18/8 ont des caractéristiques de dilatation thermique similaires, il ne se produit aucun gauchissement sous l'effet d'une variation de la température et l'acier 18/8 permet d'obtenir des structures plus robustes que dans le cas où on n'utilise que du cuivre. Un verre de scellement de cuivre, tel que le produit connu dans le commerce sous le nom de "X150", permet d'assembler entre elles des pièces en acier inoxydable 18/8 qui peuvent etre plaquées de cuivre. On peut utiliser pour l'assemblage des segments de collecteur des verres susceptibles d'etre traités thermiquement de manière à provoquer une dévitrification, au moins partielle, du verre et à former un complexe verre-céramique d'une résistance à la traction bien supérieure à celle du verre initiale, certains de ces verres convenant pour l'acier doux et d'autres pour le cuivre. On peut utiliser pour la fabrication du moyeu et/ou des segments un métal durcissable par dispersion de phases. Pour des commutateurs à faces plates, on peut utiliser un moyeu comprenant un disque muni de saillies annulaires sur une face d'extrémité. La description qui précède a été donnée à titre non-limitatif et d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS t. Collecteur de machine électrique, caractérisé en ce qulil comprend des segments conducteurs partant d'un moyeu qui est muni de nervures circonférentielles et en ce que les segments comportent des saillies agencées pour stemboîter entre les nervures du moyeu en même temps qu'une matière isolante de liaison disposée entre les surfaces coopérantes des segments et du moyeu ainsi qu'entre les segments adjacents, la matière isolante de liaison formant des joints mécaniques qui sont électriquement isolants. 2. Collecteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la matière isolante de liaison est une matière vitreuse telle que du verre. 3. Collecteur conforme aux revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière isolante de liaison est un mélange de verre et de mica liés par fusion. 4. Collecteur conforme aux revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la matière isolante d'isolation est un mélange de verre avec une poudre d'une substance isolante réfractaire appropriée. 5. Collecteur conforme aux revendications 1 à 4, caractérisé an ce que la matière isolante de liaison est formée par du verre traité de façon à former, au moins partiellement, un complexe verrecéramique. 6 Collecteur conforme aux revendications t à 5, caractérisé en ce que l'assemblage est réalisé en assemblant par fusion la matière isolante avec le métal. 7. Collecteur conforme aux revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans le cas où la température à coeur du collecteur ne dépasse pas 12000, la matière isolante est formée d'une résine époxyde chargée de poudre de silice. 8. Collecteur conforme aux revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les surfaces radiales coopérantes des segments et du manchon ou moyeu sont rendues rugueuses} ou bien sont munies d'on dulations ou bien de perforations pour améliorer l'adhérence de la matière de liaison et pour empêcher un déplacement radial nonélastique des segments sous l'effet des forces centrifuges-.---