Brevet FR2011417A1 — publié le 19700227

î 2011417 La présente invention concerne les'machinés dynamoélectriques tournantes et plus particulièrémënt les montures à ressort pour les oorte-balais utilisés dans ces machines. On a depuis longtemps souhaité obtenir un porte-5 balai qui augmente la-stabilité mécanique d'un balai se déplaçant sur la surface du collecteur de courant d'une machine dynamoélectrique '.lorsque ce balai transmet de l'énergie entre le stator et le rotor de la machine. La stabilité des balais améliore les caractéristiques de commutation de la machine et de ce fait aug-10 mente le rendement de cette machine. Le manque de stabilité des balais se rencontre souvent dans les machines réversibles où les changements du sens de rotation tendent périodiquement à écouter le balai de la surface du collecteur, ce qui fait vibrer le balai. Les nombreuses tentatives réalisées pour obtenir un porte-15 balai satisfaisant ont été olus ou moins couronnées de succès; on pourra se réf érer par exemple aux brevets américains n° 2 488788 et 2 532 827 et à la demande de brevet américain n° 728 565 déposée le et ayant pour titre 20 Parmi les types de monture de porte-balais qui ont donné le plus de satisfaction on peut citer les montures à ressort amovibles comportant un ressort précontraint en spirale qui presse le balai contre la surface du collecteur de courant avec une pression sensiblement constante pendant l'utilisation de la 25 longueur utile du balai. Des porte-balais à pression constante de ce type sont décrits dans les brevets américains n° 2 602 100, 2 836 745, 2 840 733 et 2 840 734. Les porte-balais à pression constante ont fourni des résultats satisfaisants du fait qu'ils augmentent la stabilité mécanique du balai et de ce fait amélio-30 rent la commutation des machines électrodynamiques dans lesquelles ils sont utilisés. La stabilité des balais fixés sur des porte-balais à pression constante a même été améliorée en montant ces porte-balais de façon qu'ils forment un certain angle par rapport à 35 la surface du collecteur de courant, cet angle variant habituellement entre 15° et 30° environ» La force exercée par le ressort préformé en spirale se divise alors suivant deux composantes, une des composantes maintenant le balai sur la surface du collecteur de courant et l'autre composante maintenant le balai sur une 40 surface de réaction du porte-balai pour augmenter la stabilité de jjjAD ORIGINAL t>¥ ,20731 2 2011417 ce halai . Bien,-que cette façon de monter les balils dans une machine fournisse habituellement des caractéristiques de commutation très satisfaisantes pour la machine, il.arrive qu'un balai usé, que la surface irrégulière^du .collecteur de courant ou qu'une 5- variation du sens de rotation du,rotor;entraîne la vibration des balais. De plus, la longueur utile des balais estréduite lorsque les balais sont montés de façon à former un angle avec la surface du collecteur, comme mentionné ci-dessus, étant donné que l'angle formé par le balai raccourcit une des dimensions longitudinales 10 de ce balai. La présente invention se propose de réaliser une monture à ressort pour un porte-balai dans laquelle un ressort préformé en spirale presse un balai contre la surface d'un collecteur de courant en lui conférant une très grande stabilité. 15 La présente invention se propose aussi de réaliser une monture à ressort, pour un porte-balai utilisé dans une machine dynamoélectrique, dans laquelle la force fournie par un ressort précontraint en spirale agit sur une autre partie de cette monture afin d'empêcher le balai de s'écarter de la surface du collecteur 20'de courant de la machine dynamoélectrique, ce qui améliore les caractéristiques de commutation de cette machine dynamoélectrique. La présente invention se propose encore de réaliser une monture à ressort pour un porte-balai dans laquelle un ressort précontraint en spirale fournit des forces qui appliquent le balai 25 sur la surface d'un collecteur de courant durant la rotation, dans les deux sens, du rotor de la machine dynamoélectrique sans qu'il soit nécessaire de monter le porte-balai de façon qu'il forme un angle notable par rapport à la surface du collecteur de courant pour fournir ces forces. 30 Suivant la présente invention, la monture à ressort d'un porte-balai destiné à être monté dans une machine dynamoélectrique est constituée par un ressort précontraint en spirale et par un supoort. Le ressort précontraint est fixé sur le support de façon à appliquer un balai sur la surface du collecteur de courant 35 de la machine dynamoélectrique avec une force sensiblement constante pendant la durée de vie utile souhaitée du balai. Le support comporte des moyens qui coagissent avec une partie du porte-balai en servant de pivot afin de maintenir la monture a ressort à l'intérieur du porte-balai. La monture à ressort a tendance à pivo-40 ter à l'intérieur du porte-balai lorsque le ressort précontraint 69 20731 3 20Î1417 appuie sur le balai pendant la marche normale de la machine de sorte qu'une partie du support vient en contact avec le balai pour le pousser contre une surface de réaction faisant partie du porte-balai, ce qui augmente la stabilité du balai. 5 La présente invention sera mieux comprise par la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel î La figure 1 est une vue en élévation, partiellement 10 en coupe, d'un porte-balai et d'une monture à ressort suivant la présente invention. La figure 2 est un schéma représentant les forces et les moments, par rapport à un point de la monture à ressort suivant la présente invention, tendant a stabiliser mécaniquement 15 un balai utilisé dans une machine dynamoélectrique. La figure 3 est une vue en plan du porte-balai et de la monture à ressort représentés dans la figure 1. La figure 4 est une vue en élévation, partiellement en coupe, représentant la position de blocage de la monture à 20 ressort au moment où l'on introduit un nouveau balai dans le porte-balai. La figure 5 est une vue en perspective de la monture à ressort représentée dans les figures 1, 3 et 4. Le dispositif 10 de la figure 1 comporte un porte-25. balai 12 et une monture à ressort 14 qui coagissent pour appuyer un balai 16 contre la surface 18 dtncollecteur de courant 20 d'une machine dynamoélectrique. Le balai 16 lui-mime est disposé dans un logement 21 ménagé dans le porte-balai 12 pour pouvoir se déplacer longitudinalement en direction du collecteur 20. Pour 30 la commodité de l'explication on supposera que le collecteur 20 tourne suivant la direction indiquée par la flèche 22. Naturellement il peut aussi bien tourner dans l'autre sens. La structure de la monture à ressort et le fait qu'elle est montée de façon à pouvoir pivoter à l'intérieur du porte-balai 12 augmente la sta-35 bilité mécanique du balai 16 par rapport à la surface 18 du collecteur 20. La monture à ressort 14 se compose d'un ressort précontraint en spirale 24 et d'un support 26. Des moyens sont prévus, par exemple le rivet 28, pour fixer le ressort précontraint 40 24 sur le support 26 de façon que le ressort précontraint puisse 69 20731 4 2011417 venir en contact avec la partie 30 d'une surface inclinée 32 ménagée au sommet du balai 16, comme représenté. Dans une variante, le ressort précontraint 24 peut être fixé sur le support 26 par soudure ou d'une autre manière convenable. 5 Le support 26 comporte des moyens coagissant avec une partie du porte-balai et servant de pivot pour maintenir la monture à ressort 14 à l'intérieur du porte-balai. Ces moyens peuvent être constitués par exemple par une patte 34 servant de pivot sur laquelle s'appuie et pivote un bord arrondi 36 ménagé sur un 10 côté du porte-balai 12. La patte 34 permet à la monture à ressort 14 de pivoter à l'intérieur du porte-balai 12 tandis que le ressort précontraint 24 s'appuie sur la surface inclinée 32 du balai 16 pendant le fonctionnement normal de la machine dynamoélectrique. Le support 26 comporte en outre des moyens tels que 15 la surface d'appui 42, qui sont maintenus en contact avec le balai 16 par l'intermédiaire d'un moment de la force par rapport au pivot formé par la patte 34 et le bord 36. Le support 26 comporte une partie 38 sur laquelle s'appuie le ressort, cette partie 38 se terminant par la surface d'appui 42 et une extrémité du res-20 sort 24 étant rivetée sur une région curviligne 40 de cette partie 38. Suivant la présente invention, le moment de la force par rapport au pivot formé par la patte 34 et le bord arrondi 36, dû au ressort préformé 24, fait pivoter la monture à ressort et le 25 support 26 à l'intérieur du porte-balai 12. La surface d'appui 42 est poussée contre un côté du balai 16. Le côté opposé du balai 16 est poussé contre une surface de réaction 44 délimitant le logement 21 pendant l'utilisation de la longueur utile voulue du balai. 30 Grâce à la pression exercée par le ressort précontraint 24 sur la surface inclinée 32 du balai 16, la face inférieure du balai 16 est pressée contre la surface 18 du collecteur 20 et l'extrémité supérieure du balai 16 est- pressée contre la surface de réaction 44 du logement 21. Grâce à la pression exercée par 35 la surface d'apoui 42 sur l'extrémité inférieure du balai 16 au voisinage du collecteur, l'extrémité inférieure du balai 16 est poussée contre la surface de réaction 44. Etant donné que les deux extrémités du balai sont poussées contre la surface de réaction 44 par le ressort 24, le balai 16 ne peut pas s'écarter, 40 même légèrement, de la surface 18 du collecteur 20 si le balai 69 20731 5 2011417 s'écarte légèrement de la surface 44 à cause du jeu de" ce balai , dans le logement 21. La stabilité mécanique du balai 16 se trouve de ce "fait améliorée, ce qui améliore les caractéristiques de commutation de la machine dynamoélectrique dans' laquelle on utili-5 .se le dispositif 10 suivant la présente invention comme porte-balai V ~ La représentation schématique" du dispositif 10 dans la figure 2 montre la décomposition des forces appliquées sur le balai 16 par la monture à ressort 14 suivant la présente inven-10 tion. La flèche F-^ représente la force exercée par le ressort précontraint 24, représenté dans la figure 1, sur la surface inclinée 32 ménagée au sommet du balai 16. Cette force peut être décomposée en deux composantes, la première apolique la partie supérieure du balai 16 contre la surface de reaction 44 et la 15 seconde composante F^ applique la surface inférieure du balai 16 contre la surface 18 du collecteur 20. Ces forces restent sensiblement constantes pendant la durée de vie utile souhaitée du balai grâce à la structure du ressort précontraint 24. Le moment de la force F^ par rapport au point 36 20 est égal au produit de la force F^ par la longueur du segment représenté dans la figure 2, tracé perpendiculairement à la direction de la force F^ à partir du point 36. La flèche Fg représente la force exercée sur l'extrémité inférieure du balai 16 par la surface d'appui 42 représen-25 tée dans la figure 1. Le moment de cette force par rapport au point 36 peut aussi être calculé comme le produit de la force F£ par la longueur du segment b tracé perpendiculairement à la direction de la force F£ à partir du point 36. Ce moment ou couple est égal et opposé à celui produit par la force F^. 30 Les flèches F'^ et F"^ représentent les forces exercées par le ressort précontraint 24 sur la face supérieure des balais usés qui sont représentés en pointillé. On remarquera .que la longueur du bras de levier a. entre les différentes forces F-^, F"-^ et le point 36 diminue lorsque le balai s'use. Etant 35 donné que la presbion exercée par le ressort précontraint reste sensiblement constante durant son utilisation et que la longueur -du bras de levier b reste constante puisqu'elle représente la longueur de la structure relativement rigide du support 26, la force. F^ agissant sur la partie inférieure du balai 16 diminue 40 lorsque le balai s'use, cette diminution étant proportionnelle BAD ORIGINAL 69. 20731 6 2011417 à la diminution du bras de levier a. Cependant•la diminution de la force Fgj agissant sur la partie- inférieure du -bal'ai- 16, aflecte peu la stabilité plus importante assurée par 1'aoolicaticn de • cette-force s^r'le porte-balai-; -5 II est impératif que la position du pivot' 36 soit choisie de façon que le bras'de levier a'ait un sens convenable pour que là force Fg soit 'appliquée-sur la partie inférieure du balai 16 durant l'utilisation de-la longueur utile-voulue du balai 16. Si le bras de levier a venait à disparaître, la force 10 F exercée par le ressort précontraint 24 ne' posséderait plus de moment par rapport au point 36. S'il n'existe pas de moment de force par rapport au point 36 aucune force F^ ne sera appliquée sur la partie inférieure du balai 16. Pour illustrer ceci on a choisi un second point de pivotement 36'. Lorsque le balai est 15 usé jusqu'à atteindre le niveau où la force F'^ est appliquée sur la surface représentée par .la ligne supérieure en pointillé dans la figure 2, il n'existe plus de moment par rapport au point 36* et par conséquent il n'existe aucune force Fg pour maintenir la partie inférieure du balai 16 contre la surface de réaction 20 44. En outre, si le bras de levier a est dirigé dans le sens opposé à celui qui a été décrit ci-dessus, le moment de force aura un sens opposé à celui qui est représenté dans la figure 2 et le support 26 représenté dans la figure 1 appuiera 25 sur le côté du porte-balai 12 qui fait face à la surface de réaction 44. Ce dernier cas est encore illustré en se référant au second point de pivot 36* lorsque la force F"^ agit sur l'extrémité d'un balai usé représenté par la ligne inférieure en 30 pointillé. Dans ce cas, le bras de levier entre la force F11^ et le point 36* est représenté par le segment a.". Etant donné que le segment a," est opposé au segment a_'par rapoort au point 36*, le moment par rapport au point 36* change de sens et est dirigé dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport au 35 pivot 36'. La force F2 n'est plus alors appliquée sur la partie inférieure du balai 16. Le dispositif 10 représenté dans la figure 1 possède aussi de nombreuses autres caractéristiques qui ajoutent à son utilité et à sa fiabilité. Par exemple, le fait que le'ressort 40 précontraint 24 soit fixé sur la partie curviligne 40 de l'organe BAD ORIGINAL 69 20731 7 2011417 38 sur lequel s'appuie le ressort et faisant partie du support 26, allège l'effort exercé sur le ressort précontraint au point où il est fixé sur cette partie curviligne 40 de l'organe 38» Ceci évite que le ressort ne déforme l'organe 38 lorsque le dispositif 5 a été utilisé longtemps de suite. Dans les figures 1, 3 et 4 le dispositif 10 comporte aussi des moyens destinés à bloquer la monture à ressort sur le porte-balai pour la maintenir immobile pendant le remplacement' d'un balai. Dans la présente forme de réalisation un organe de 10 renforcement 46 est riveté, soudé ou fixé d9une façon quelconque sur le prolongement 48 de l'organe 38. L'autre extrémité de l'organe 46 est recourbé en sens inverse de façon à venir s'appuyer sur un côté de l'organe 38 en exerçant une faible pression. Une goupille 50 est montée entre les parois opposées du porte-balai 15 12 et les côtés du support 26 renferment cette goupille lorsque la monture 14 est à l'intérieur du porte-balai 12. Pour sortir la monture à ressort 14 de sa position normale de fonctionnement, la patte 34 formant pivot est écartée du bord arrondi 36 de façon que cette patte 34 ne retienne plus 20 la monture à ressort 14 dans sa position normale de fonctionnement. La monture à ressort 14 peut être soulevée partiellement en dehors du porte-balai, la goupille 50 maintenant cette monture 14 emprisonnée à l'intérieur du porte-balai 12 lorsque celle-ci est écartée de sa position normale de fonctionnement comme représenté dans 25 la figure 4. On remarquera que l'on peut sortir complètement la monture à ressort 14 du porte-balai en poussant la goupille 50 au niveau de la partie curviligne de l'organe 38 où l'organe de renforcement 46 fait contact avec l'organe 38. La vue en perspective de la figure 5 représente clairement la structure de la 30 monture à ressort. Le dispositif 10 peut être fixé sur un organe de maintien 52, par exemple par le boulon 54 représenté dans la figure 1 ou par un autre dispositif approprié. La présente invention n'est pas limitée à la forme 35 de réalisation décrite et l'on peut y apporter différentes modifications sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, il est possible de modifier la structure de la monture à ressort 14 elle-même de différentes façons de manière que le support 26 ou un organe équivalent pivote encore autour d'un axe quelconque grâce 40 à la force exercée sur un balai par un ressort précontraint. En BAD ORIGINAL 69 20731 8 2011417 outre, le point de pivotement lui-même peut être modifié et être constitué par exemple par un axe monté à l'intérieur du porte-balai. On peut en outre effectuer différentes modifications 5 dans la monture à ressort et le porte-balai, par exemple en ménageant sur la paroi d'appui 42 une surface sensiblement sans friction, par exemple un revêtement de Teflon. L'axe du balai 16 peut être radial par rapport au collecteur 20 ou peut être disposé de façon à former un angle avec le rayon du collecteur 10 pour obtenir un montage ®à réaction" pour le balai. BAD 0RKaiNAL 69 20731 9 2011417 - REVEKDICATIOHS - 1. Monture à ressort pour stabiliser un porte-balai utilisé dans une machine dynamoélectrique et comportant un logement destiné à recevoir un balai disposé de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement en direction de la surface du 5 collecteur de courant de la machine dynamoélectrique, un des côtés du logement étant muni d'une ouverture longitudinale pour recevoir la monture à ressort et le côté opposé du logement servant de surface de réaction, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ressort précontraint en spirale, un organe de support 10 ce ressort précontraint étant fixé sur l'organe de support pour contraindre ce ressort à exercer une force sensiblement constante sur le balai tant que le balai possède une longueur utile souhaitée pour venir en contact avec la surface du collecteur de courant, l'organe de support comportant des moyens servant de 15 pivot qui coagissent avec une partie du porte-balai pour maintenir la monture à ressort à l'intérieur de ce porte-balai et pour faire pivoter cette monture à l'intérieur du porte-balai grâce à la force exercée par le ressort précontraint qui appuie sur le balai pendant le fonctionnement normal de la machine dyna-2D moélectrique, cet organe de support comportant en outre une partie maintenue en contact avec le balai, par l'intermédiaire d'un moment de force par rapport aux moyens servant de pivot, afin de pousser le balai contre la surface de réaction du porte-balai pendant l'utilisation-de la longueur utile du balai. 25 2. Dispositif suivant la revendication 1, carac térisé par le fait que les moyens servant de pivot sont disposés de façon a entraîner la partie maintenue en contact avec le balai à pousser le balai contre la surface de réaction pendant au moins la durée d'usure de la longueur totale du balai. 30 3. Dispositif suivant la .revendication 1, caracté risé par le fait que le ressort précontraint agit sur l'extrémité du balai qui est éloignée du collecteur de courant de la machine dynamoélectrique pour maintenir cette extrémité contre la surface de réaction du logement et que la partie du support maintenue 35 en contact avec le balai est constituée par une surface d'appui qui est en contact avec le balai au voisinage de la surface du collecteur de courant. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'organe de sup- BAD Original ô9 20731 10 2011417 port comporte une partie curviligne tournée vers le balai au voisinage de la surface du collecteur de courant, le ressort précontraint étant fixé sur cette partie curviligne pour alléger la contrainte créée par ce ressort au point de fixation. 5 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi cations 1 à 4, caractérisé par lè fait qu'il comporte des moyens coagissant avec une partie du porte-balai lorsque les moyens servant de. pivot sont dégagés l'un de l'autre, afin d'éviter que le ressort précontraint ne fasse sortir complètement la monture 10 à ressort du porte-balai. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la partie du porte-balai qui forme surface s'appuie au voisinage de l'extrémité inférieure du balai est constituée par une surface d'appui située sur un prolongement de l'or-15 gane de support, qui est dirigée vers le balai pendant le fonctionnement normal de la machine électrodynamique. BAD OR/GJNAL