Brevet FR2005729A1 — publié le 19691219

La présente invention se rapporte à un agencement de balais et porte-balais destiné à coopérer avec une ou plusieurs bagues collectrices afin de procurer un chemin conducteur entre ces éléments lorsqu'un mouvement relatif existe entre ceux-ci. 5 lors de l'emploi de balais et de bagues collectrices dans le but de transférer de l'énergie électrique entre un organe stationnaire et un organe tournant, il est connu d'utiliser un ou plusieurs balais venant en contact avec une baguie collectrice, chaque balai étant en contact avec une surface de la bague collectrice qui ne représent® 10 qu'un faible pourcentage de la surface circonférentielle totale de celle-ci. Afin de maintenir le contact, de forts ressorts ont été utilisés, mais ceux-ci ont augmenté les forces de frottement agissant-sur le balai ainsi que l'usure et ont diminué les possibilités de vitesse de rotation. Afin de réduire ces effets., les balais ont été in-15 clinés ou avancés pour suivre le mouvement de rotation de la bague collectrice. Cette disposition a augmenté l'usure puisque la combinaison des vecteurs des forces de frottement tend à s'ajouter à la farce élastique du ressort. Si, cependant, le balai est incliné dans le sans opposé à celui de la rotation, ou retardé, la combinaison des vecteurs 20 des forces de frottement tend à s'opposer à la force élastique du ressort et tend par conséquent à provoquer le rebondissement et le brou-tement du balai. Les balais précédemment connus, en raison de leur forte densité de courant, tendent à se brûler plus rapidement et toute réduc-25 tion de la surface de contact augmente encore la densité de courant et la rapidité avec laquelle ils se brûlent. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à réaliser un agencement de balais et porte-balais qui procure une surface de contact maximale entre le balai et la bague collectrice 30 et dans lequel le balai ne présente que peu de frottement et ne s'use que faiblement. Un objet également de l'invention consiste à réaliser un agencement de balais et de porte-balais qui grâce à l'équilibre dynamique du balai corrige automatiquement toute force qui tendrait à 35 provoquer le broutement ou une forte augmentation de la densité de courant, cet agencement étant en outre bi-directionnel tant en ce qui concerne son emploi que son fonctionnement» Lors de l'utilisation de balais et de bagues collectrices dans le domaine agricole, le rebondissement du balai et la perte de con-40 tinuité entre le balai et la bague collectrice engendre un problème supplémentaire, puisqu'une telle utilisation est soumise à un grand * 1 BAD ORIGINAL i 6909835 2005729 nombre de secousses et de chocs qui peuvent proyoquer la séparation momentanée des balais et de la bague collectrice, provoquant ainsi une perte de continuité et la production fréquente d'arcs. Ce problème est rendu ©ncore plus ardu en raison du milieu malpropre dans 5 13quel doit fonctionner le système, la production d'arcs fait que le balai et la bague collectrice se brûlent de manière intensive ;y.;, par conséquent, accélère l'usure. Un autre objet de l'invention consiste à réaliser un agencement - de balais et de porte-balais dans lequel le balai est moins suscep-10 "bible de rebondir. Lors des expérimentations dans le domaine agricole, on a constaté que le rebondissement du balai en raison des secousses du véhicule engendre une séparation du balai et de la bague collectrice de courte durée. 15 Encore tin autre objet de l'invention consiste à réaliser un agencement double à circuit de protection qui empêche la perte de continuité pendant un intervalle de temps supérieur à la durée de la séparation du balai et de la bague collectrice provoquée par une secousse, mais qui ne retarde pas l'interruption du fonctionnement 20 lorsque le courant est intentionnellement interrompu. Cette dernière caractéristique est importante du point de vue de la sécurité de 11 opérateur. Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparaîtront plus clairement de la description dé-25 taillée qui suit ainsi que des dessins y annexés, étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d1 exemples nullement limitatifs. Sur les dessins: La Fig. 1 est une vue de face partiellement en coupe d'un agencement de balais et de porte-balais selon l'invention ; 30 La Fig. 2 est une vue en coupe prise le long de la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; La Fig. 3 est un diagramme des forces qui agissent sur un balai? La Fig. 4 représente un second mode de réalisation de l'invention utilisant un agencement doxible à circuit de protection ; 35 La Fig. 5 représente le circuit de protection du mode de réali sation selon la Fig. 4 » La Fig. 6 est une vue de côté du porte-balais de la Fig. 4 ; et La Fig. 7 est une vue partielle de face du mode de. réalisation selon la Fig. 4. 40 En se reportant maintenant à la Fig. 1 des dessins, on y voit bad original 6909835 5 2005729 un agencement qui comprend une bague collectrice 10 qui est fixée sur un arbre de rotation 12 et isolée de celui-ci par une bague isolante 14. En contact avec la bague collectrice 10 est un balai incurvé 16 qui est l'un de la pluralité de balais incurvés espacés égale-5 ment autour de la périphérie de la bague collectrice 10. Le balai 16 est maintenu élastiquement en contact avec la bague collectrice 10 par un ressort en jarretière 18. le ressort 18 et le balai 16 sont retenus par des butées 20 et 22 qui sont connectées à un porte-balais annulaire 28 ou qui font partie de celui-ci, comme cela appa-10 raît plus clairement de la Fig. 2. la rotation dans le sens horlogique de la bague collectrice 10 par rapport au balai 16 provoque la rotation dans le sens horlogique du balai 16 jusqu'à ce que celui-ci vienne en engagement avec la butée 22. la rotation dans le sens anti-horlogique de la bague collec-15 trice 10 par rapport au balai 16 provoque la rotation dans le sens anti-horlogique du balai 16 jusqu'à ce que celui-ci vienne en engagement avec la butée 20. la tendance à suivre la bague collectrice 10 provient du maintien non rigide des balais par le porte-balais 28 et le ressort 18. 20 l'agencement comprend, en outre, des conducteurs 24, des bornes 25 connectées au porte-balais 28 st m organe statiœsaire 26. II doit être entendu que les différents composants aiasx que lea emplacements relatifs de ceux-ci peuvent être modifiés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. 2 5 la Fig. 2 représente plus particulièrement les Mtorrolations du balai 16, du porte-balais 28 et de la bague eolleetrice 10. Goame 11 apparaît de cette figure, le ressort 18 maintient une force suffisante sur le balai 16 pour que celui-ei soit sollicité contre la bague collectrice 10. le courant peut circuler vers le balai par le 30 porte-balais 28, la butée 20 ou le ressort 18. la butée 20 est représentée sous la forme d'une patte faisant saillie du porte-balais 28. En se reportant maintenant à la Fig„ 3? on y voit unusique balai 16 qui embrasse un arc dont l'angle ©st 0. les différentes for-35 ces qui agissent sur le balai sont représentées cornas étant les forces F , F . P. et F . Ces forces sont représentées avec des ampli- 47 S X SI tudeu iôv d'applicatica particuliers s mais il doit être en tendu que «#tte représentation a'est doEaaé® que dans m but d'illustration qu'elle ne figure pas un unique état de fonctionnement, 40 sais an contraire qu'elle figure toutes las forces agissant sur le 6909835 4 2005729 balai auxquelles on peut s'attendre. est la force résultante exercée par le ressort. Fr est la somme des forces radiales exercées par la bague collectrice sur le balai. est la somme des forces de frottement qui agissent sur le balai en raison de la rotation de la 5 bague collectrice. F& est la force exercée par la butée 22 en résistant à la rotation du balai causée par la bague collectrice. Si l'on suppose que le balai n'est pas en engagement avec la butée lorsque là rotation relative débute, un état de déséquilibre existe pour les forees puisque la force F& est nulle. Les forces 3?r 10 et F sont égales et opposées, de sorte qu'elles s'annulent, et la force ]?£ sollicite le balai 16 vers la butée. L0rsque le balai vient en engagement avec la butée, l'intensité de la force F& est égale à l'intensité de la force puisque le balai cessé de tourner et que la somme des moments par rapport au centre de rotation est malle. 15 Cependant, la somme des moments par rapport à la butée n'est pas nulle et le balai se met à tourner par rapport à la butée. L'extrémité du balai qui n'est pas en engagement avec la butés eommenœ à se soulever de la bague collectrice. Cette action a pour effet d* décaler les forces résultantes F et F , puisque la force élastique à r s 20 l'extrémité "libre" du balai augmente lorsque la tension du resoiort augmente et que la force de frottement diminue lorsque cette extrémité du balai commence à se soulever. Il en résulte un déplacement de la force résultante Fr dans le sens horlogique vers la butée et un déplacement de la force résultante F dans le sens anti-horlogique 25 qui éloigne celle-ci de la butée. Les deux forces résultantes continuent cependant à être radiales. Lorsque la force résultante Fr se rapproche de la butée, le point d'application de la force F^, se rapproche également de la butée, et puisque la force F^ agit tangentiellement pour produire la 30 rotation par rapport à la butée, le moment de la force F^ par rapport à la butée diminue puisque la distance (d) est décroissante. Il existe également un état de déséquilibre entre les forces Fr et Fs, le moment résultant de ces deux forces tendant à décaler le moment de la force F^. Cette action de décalage a pour effet de fairé recher-35 cher aux forces qui agissent sur le balai un état d'équilibre dynamique et ce mode de fonctionnement est tout à fait stable. De la description du fonctionnement d'un agencement de balais et porte-balais sel-oa 1'invention9 il apparaît donc clairement que le décalage d*s forees qui agissant sur chacun des balais procure au 40 balai un H-ode fie fonctionnement très stable. Ainsi, dèa qu'une Jus- 6909835 2005729 tabilité apparaît, par exemple lorsque la rotation débute ou que la vitesse de rotation varie, les forces qui agissent sur les balais font "tourner ceux-ci légèrement autour de leur butée respective de telle manière que le déséquilibre se trouve automatiquement et 5 promptement éliminé. De plus, cet agencement n'est pas limité à un fonctionnement unidirectionnel, mais est également efficace que la rotation s'effectue dans le sens horlogique ou anti-horlogique. La grande surface de contact du balai donne l'assurance qu'une surface de contact substantielle subsistera même dans les conditions de 10 fonctionnement les plus difficiles, de sorte que se maintient une faible densité de courant nécessaire à unie longue durée de service du balai. On a constaté que le décalage augmente en fonction du sinus de l'angle embrassant l'arc du balai. Par conséquent, pour les petits 15 angles le décalage est petit, mais lorsque l'angle augmente, l'effet du décalage augmente pour atteindre un maximum autour de 90°. A partir de là, il reste sensiblement constant jusqusà ce que l'angle atteigne 180°. A ce point, naturellement, un balai rigide ne pourrait pas se mettre à tourner par rapport à une butée sans se serrer 20 contre la bague collectrice. Par exemple, un balai définissant un arc qui n'embrasserait qu'un angle de 30°, n'aurait qu'environ 50$ de l'effet de décalage d'un balai semblable fonctionnant dans des conditions similaires mais embrassant tua angle de 90°. La Fig. 4 représente un agencement de balais et porte-balais, 25 selon la présente invention relatif à ion mode dè réalisation dans lequel deux bagues collectrices sont utilisées. Dans un but de simplification, les composants qui correspondent à ceux du mode de réalisation n'utilisant qu'une bague collectrice sont numérotés en ajoutant 100, tandis que les parties semblables conservent les numé-30 ros de référence, précédemment donnés. Puisque ce mode de réalisation représente une construction possédant une combinaison de balais et de bague collectrice de retour par la masse, laquelle sera considérée comme négative, aux parties associées à la masse un "a" est ajouté à chacun des numéros de référence. Ces remarques s'appliquent 35 également aux Fig. 5, 6 et 7. Dans ce mode de réalisation, les porte-balais 128 et 128a possèdent des doigts élastiques 118 et 118a qui remplacent le ressort en jarretière 18. Les balais 116 et 116a sont sollicités vers les bagues collectrices 10 et 10a qui sont maintenues dans un support 40 isolant 15 et montées de manière à pouvoir tourner avec l'arbre (non ~T 1 sad original 6909835 2005729 représenté}* Une. diode 11 noyée dans la matière isolante du suppoïr: 15 procure une protection de continuité pour les balais 116 et lie?, aiîîei que les bagues colle ct-rices 10 et 1.0a. La Fig. 5 représente le circuit .associé à l'agencement selon 5 la Fig. 4. La diode 11 interconnecte les bagues collectrices, sa borne positive étant reliée à la plus positive des bagues collectrices. Les circuits classiques de protection et de suppression d'arc comprennent une résistance en série avec la diode } cependant, il en résulte qu'un court intervalle de temps s'écoule entre 1'ou-10 verture du circuit et la décroissance du courant jusqu'au niveau nul. D'autre part, on a constaté qu'une diode seule permet au courant de décroître plus lentement, de sorte que pendant l'instant durant lequel se produit un rebondissement du balai et une perte de continuité, la décroissance du courant est insuffisante pour engen-15 drer un arc, ce qui par conséquent protège le balai et la bague collectrice des piqûres et brûlures. La charge 17 peut être constituée par tout dispositif qui utilise de l'énergie électrique, par exemple un embrayage électromagnétique. la Fig. 6 représente le porte-balais 128a de la Fig. 4 avec le 20 doigt 118a relâché, les lignes en pointillé montrant la position de travail. Cette disposition permet à la force élastique de solliciter le balai vers la bague collectrice ainsi que le porte-balais. La Fig. 7 représente partiellement une vue de face de l'agencement selon la Fig. 4. On y voit que les doigts 118 maintiennent le 25 balai 116 en eontact avec la bague collectrice 10. Afin d'éviter la perte de contact entre le balai 116 et le porte-balais 128, les doigts 118 sont larges et^ donc capables de supporter tout le courant entre le porte-balais 128 et le balai 116. Bien que dans un but d'explication de l'invention deux réalisa-30 tions particulières de celle-ci aient été représentées et décrites, il doit être entendu que divers changements ou modifications évidents à tout homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine. SAD ORIGINAL 6909835 7 2005729 REVENDICATIONS 1. Agencement de balais et porte-balais destiné à coopérer avec une ou plusieurs bagues collectrices comprenant au moins un balai incurvé dont une face est destinée à venir en contact avec une bague 5 collectrice, un porte-balais destiné à retenir le balai incurvé, un moyen élastique venant en engagement avec une seconde face du balai incurvé et destiné à retenir lâchement ce balai dans le porte-balais et à le solliciter vers la bague collectrice, et un moyen de butée solidaire du perte-balais et destiné à permettre le déplacement limi- 10 té du balai incurvé avec la bague collectrice. 2. Agencement selon la revendication 1, dans lequel le balai incurvé embrasse un arc de la bague collectrice correspondant à un angle inférieur à 180°. 3. Agencement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le 15 balai incurvé embrasse un arc de la bague collectrice correspondant à un angle supérieur à 30°. 4. Agencement selon la revendication 1, dans lequel le moyen de butée est constitué par au moins une patte faisant saillie du porte-balais et destinée, lors de la rotation de la bague collectrice par 20 rapport au porte-balais, à venir en engagement avec une extrémité diu balai incurvé et, en coopération avec le moyen élastique de retenue, à provoquer une rotation de ce balai autour d'elle-même. 5. Agencement selon la revendication 1, dans lequel la rotation de la bague collectrice par rapport au balai incurvé peut s'effeo- 25 tuer soit dans le sens horlogique ou dans le sens anti-horlogique. 6. Agencement selon la revendication|, dans lequel une pluralité de balais incurvés séparés les uns des autres par un court intervalle sont prévus autour de la bague collectrice, le moyen de butée étant disposé dans ces intervalles. 30 7. Agencement selon les revendications 1 à 6f dans lequel le moyen élastique comprend un ressort en jarretière. 8. Agencement selon les revendications 1 à 6, dans lequel le moyen élastique comprend des doigts élastiques découpés dans le porte-balais . 35 9. Agencement selon la revendication.1, dans lequel deux bagues collectrices sont prévues qui coopèrent respectivement avec au moins un balai incurvé, ces bagues collectrices étant interconnectées par ■&ae -âiodsc *—1 BAD original