Brevet FR2257162A1 — publié le 19750801

Da présente invention concerne un dispositif de commutation à collecteur. Les dispositifs de commutation de ce type déjà connus prsen- tent de nombreux défauts, parmi lesquels les plus importants sont : un bruit de commutation élevé et une faible longévité. la présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de commutation à collecteur présentant un ensemble de caraetéristiques originales qui permettent de r8duire le bruit à un faible niveau et d'augmenter notablement la durée de service du dispositif. A cet effet, le dispositif de commutation selon l'invention se caractérise en ce qu'il comporte d'une part, un collecteur constitué par un cylindre en matière isolante moulée, calé sur un arbre moteur et recouvert sur sa surface cylindrique par une pluralité de lames métalliques de commutation, disposées parallèlement entre elles, sans se toucher, et faisant un faible angle avec les génératricesdw cylindre,des fentes étant pratiquées dans la matière isolante du collecteur, tout le long des espaces compris entre les lames ou inter-lames, de façon à isoler les lames l'une dé l'autre, et d'autre part, des balais sollicités par des ressorts en direction de l'axe du collecteur et montés dans des norte-balais de guidage s 1opposant à tout basculement des balais par rapport à ladite direction, que le collecteur tourne dans un sens ou dans l'autre. Grace k la disposition oblique des lames de commutation d'un tel dispositif, l'arête menante du balai , qui est généralement constitué par du charbon, ne vient en contact avec l'arête de chaque lame, au cours de la rotation du collecteur, que par un seul point. Ce contact est relativement doux et ne provoque aucune détérioration du balai. Dans les dispositifs de commutation connus dans lesquels les lames sont disposées suivant les génératrices du collecteur, l'arête menante du balai vient heurter chaque arête de lame sur toute sa longueur. Il se produit donc des chocs répétés qui provoquent l'effritement prématuré de l'arête du charbon. D'autre part, les fentes formées dans les inter-lames constituent un volume dans lequel-la poussière de charbon, qui se produit à la longue, peut se loger temporairement, puisque la force centrifuge l'éJecte au furet à mesure de sa formation, au cours de la rotation du collecteur. Ces fentes garantissent donc une parfaite propreté du collecteur au cours de son fonctionnement et, par conséquent, une plus grande longévité des balais et du collecteur. Belon un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque balai est monté coulissant avec un faible jeu dans un portebalais tubulaire de guidage fermé à une erctrémité par un fond et comprenant, au moins du celé du fond,un alésage cylindrique atial dans lequel est logé un ressort hélicoïdal de diamètre sensiblement égal å celui de l'alésage cylindrique0 Dans les dispositifs classiques dans lesquels le ressort héli cordas est situé dans un logement parallélépipédique, il arrive couramment que le ressort se mette en biais dans son logement, notamment lors des ehangements de rotation du collecteur.La sollici station exercée par le ressort sur le balai n'est plus rigoureusement radiale, mais comprend une composante transversale qui tend à incliner le balais par rapport à l'axe du porte-8uppoH,augmentant de ce fait l'usure et le bruit de commutation. race au logement cylindrique du ressort et au guidage selon l'invention, le balai est touJours sollicité en direction de l'axe du collecteur et reste donc en bon contact permament avec le collecteur en cours de fonctionnement. L'invention sera k présent décrite en détail, en regard du dessin annexé dans lequel : La figure 1 est une vue en coupe transversale du dispositif de commutation selon l'invention Da figure 2 est une vue en élévation du collecteur du dispositif de la figure t, le balai n'étant représenté que par sa trace, pour la clarté de la figure t La figurez est une vue en coupe longitudinale d'un balai et de son support selon un premier mode de réalisation de l'invention 5 La figure 4 est une vue en plan, suivant la flbche f de la figure 3, du balai et de son ressort associé La figure 5 reprdsente une vue en coupe partielle d'un balai selon un second mode de réalisation de l'invention t et La figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI - Vl de la figure 5. Avec référence k la figure 1, le dispositif commutateur selon l'invention comprend, de façon très générale, un collecteur 1 et deux balais 2, dont un seul est représenté. Le collecteur est construit selon un procédé faisant partie de l'invention et qui permet de lui conférer les qualités requises de longévité et de réduction du bruit. Un tel procédé de construction consiste k partir d'une bague métallique, par exemple en un alliage de cuivre, de hauteur égale à celle du collecteur que l'on se propose de construire. La surface intérieure de la bague est brochée de manière k faire ressortir des cannelures parallèles, de section en queue d'aronde 3, et s'étendant sur toute la longueur de la bague Le nombre de canne 1, ures formées est égale au nombre de lames que l'on désire réaliser. La surface externe de la bague reste cependant unie. Ainsi qu'il résulte de l'examen de la figure 2, les cannelures en queue d'aronde ne sont pas dirigées selon les génératrices de la bague, mais sont plutôt légérement incllnées par rapport à ces dernières.La raison de cette disposition sera expliquée par la suite. Une fois la bague ainsi brochée, elle est posée par une base sur une plaque, et un noyau de diamètre égal à celui de l'arbre moteur sur lequel le collecteur doit être monté est fixé coaxialement dans la bague. Dans 1' espace compris entre la bague et le noyau est coulée une matière isolante, par exemple une résine époxy à haute tenuè enbampérature, ce qui permet un débit en courant important, lors du fonctionnement. Après refroidissement et démoulage du noyau, la bague est solidement accrochée, grâce aux cannelures en queue d'aronde 3, autour d'un cylindre creux 4 en matière isolante percé d'un passage axial 5 dans lequdEl'arbre du moteur est destiné à être monté. On pratique ensuite sur la face extérieure de la bague, des fentes 6 entre les queues d'aronde 5, de façon à isoler l'une de l'autre les lames 7 ainsi formées (figures 1 et 2). Les fentes 6 intéressent non seulement toute l'épaisseur' de la bague entre les queues d'aronde, mais également une fraction de l'épaisseur du cylin dretflhulaire 4 en matière isolante. Une telle construction présente, entre autres, les avantages suivants t - L'ancrage des lames 7 sur le cylindre isolant 4 permet une tenue mécanique exéeptionnelle, même pour les grandes vitesses du collecteur. - Le cylindre isolant interne 4 assure une bonne tenue aux températures élevés et 'permet donc la circulation d'une intensité importante. - Les fentes 6 pratiquées entre les queues d'aronde ont l'avantage d'éviter la formation de proéminences entre les lames, comme c'est le cas dans lescollecteurs classiques. Dans ces derniers, en effet, on incorporait > entre chaque couple de lames, un isolant qui était généralement plus dur que le métal constituant les lames, de sorte qu'à la longue, les lames s'usant plus rapidement que l'iso- lant, ce dernier devenait proéminent; et par suite, la portée des balais n'était plus assurée correctement. Dans la réalisation selon l'invention, un tel inconvénient ne peut se-produire en raison de l'existence des fentes 6. - Un autre avantage des fentes 6 est quelles constituent des volumes dans lesquels la poussière de charbon, se détachant des balais, peut se loger, comme il a été expliqué précédemment. - Dans les constructions conventionnelles, les lames et les fentes, ou l'isolant se trouvant entre les lames, sont dirigée selon les génératrices du collecteur. Au cours de la rotation du collecteur, l'arête menante du balai qui est généralement de section rectangulaire ou carrée, heurte de front le bord de chaque interlame; Le choc est d'autant plus important que l'arête du balai est grands, et il en résulte, bien entendu, un bruit de commutation élevé et une usure prématurée des balais par effrittement. Grâce à la disposition oblique des lames 7 selon la présente invention on élimine ces inconvénients.En effet, en se référant à la figure 2, sur laquelle on distingue la trace d'un balai 8 sur le collecteur 1, on remarque que, lorsque ce dernier tourne par exemple dans le sens de la flèche f', l'arête menante 9 du balai n'est Jamais entièrement en contact avec le bord t dela lame. Le contact s'effectue toujours suivant un seul point qui glisse le long de l'arête 9 au cours de la rotation du collecteur. Ainsi, il ne se produit pas un choc mais plutôt un contact glissant. On conçoit que dans ces conditions le niveau du bruit et l'usure des balais soient notablement réduits. - Encore un autre avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il est possible de diamanter la surface extérieure du collecteur étant donné que la surface à retoucher est homogène et exempte d'isolant. Gracie b ce traitement, la surface du collecteur devient très régulière, ce qui evite tout rebond des balais au cours de la rotation. Les figures 3 et 4 représentent un premier mode de fixation dsun balai 8. Le balai, qui, dans l'exemple illustré, est de section carrée, est monté coulissant à l'intérieur d'un porte-balais tubulaire 12, fermé à sa partie supérieure par un fond 11. Le portebalais comprend un alésage inférieur 12 de section complémentaire à celle du balai et dans lequel celui-ci est monté coulissant, et un alésage cylindrique supérieur 13 dans lequel est logé un ressort hélicoSdal 14 s'appuyant contre le fond il du porte-balai et contre la face supérieure du balai 8. Comme le montre la figure 4, le diamètre du ressort t4 est supérieur au c8té du balai mais inférieur à la diagonale de-ce dernier.De cette manière, ie ressort repose sur les quatre coins de la face supérieure du balai On choisira, d'autre part, le diamètre de l'alésage cylindrique 13, sensiblement égal k la longueur de la diagonale de la section transversale du balai , de manière à permettre un guidage de la partie supérieure du halais par la paroi cylindrique de l'alésage 13.Ainsi, le balai est correctement guidé sur toute sa longueur, puisque sa portion inférieure coulisse dans l'alésage inférieur 12 de meme section et que ses arêtes verticales 15 glissent sur l'alésage cylindrique 13. D'autre part, du fait que le ressort est logé dans un alésage cylindrique de même diamètre, il ne risque pas de prendre des positions de biais, lorsque change le sens de rotation du collecteur. I1 en résulte que le ressort exerce sur le balai une pression constante et toujours dirigée dans l'axe du porte-balai . La commutation est de ce fait stable et l'usure des balais réduite au minimuxO Les figures 5 et 6 représentent un second mode de fixation des balais, qui a pour but d'aocroitre l'isolement et de diminuer le bruit de coamutation. l'e balai 8 est serti ou scellé à une extrémité d'un bras 16 monté oscillant autour d'un pivot 17 solidaire d'une structure fixe 18 entourant le dispositif de commutation. Le balai est sollicité en contact avec la surface du collecteur au moyen d'un ressort 19 enroulé autour du pivot 17 et s'appuyant par ses extrémités 20, 21 sur le balai et sur la structure 18. Une telle disposition assure une plus grande stabilité du balai que dans les dispositifs conventionnels à guidage axial. Le basculement du balai lors d'un changement de sens de rotation du collecteur,est quasiment nul, et par conséquent 11 usure des balais est négligeable et le bruit de commutation est extremement bas0 On notera encore que la disposition illustrée par les figures 5 et 6 permet de loger toutes les pièces constitutives du dispositif de commutation à l'intérieur d'un volume limité par la paroi 18 et par une paroi cylindrique 22 dépourvue de toute proêainence au droit du collecteur et des balais0 La poussière de charbon se détachant des balais peut donc se répandre dans un grand espace et la durée de l'isolement se trouve accrue d'autant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation à collecteur, caractérisé-en ce qu'il colporte d'une part, un collecteur constitué par un cylindre en matière isolante moulée, calé sur un arbre moteur et recouvert sur sa surface cylindrique par une pluralité de lames métalliques de commutation, disposées parallèlement entre elles, sans se toucher, et faisant un faible angle avec les génératrices du cylindre, des fentes étant pratiquées dans la matière isolante du collecteur, tout le long des espaces compris entre les lames ou inter es, de façon à isoler les lames l'une de l'autre, et d'autre part, des balais sollicités par des ressorts en direction de l'axe du collecteur et montés dans des porte-balais de guidage s'opposant k tout basculement des balais par rapport à ladite direction, que le collecteur tourne dans un sens ou dans l'autre. 2.- Dispositif de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque balai est monté coulissant avec un faible jeu dans un porte-balai tubulaire de guidage- fermé à une extrémi té par un fond et comprenant,au au moins du c8té du fond,un alésage cylindrique axial dans lequel est logé un ressort hélicoïdal de diamètre sensiblement égal k celui de l'alésage cylindrique. 30- Dispositif de commutation selon la revendication 2, carac péris8 en ce que le balai présente une section transversale carrée ou rectangulaire, dont les côtés sont respectivement parallèles et perpendiculaires aux génératrices du collecteur, et en ce que le porte-balai comprend du coté oppose au fond, un alésage de section carrée ou rectangulaire dans lequel le balais est monté coulissant avec un faible jeu, et qui se prolonge par l'alésage cylindrique précité, le diamètre de ce dernier étant sensiblement égal k la diagonale de la section transversale du balai 4.- Dispositif de commutation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le balai est fixé, par exemple par sertissage ou scellement, à l'extrémité d'un bras monté oscillant autour d'un pivot fixe, ledit balai étant sollicité en contact avec le collecteur par un élément ressort, tel qu'un ressort spiral enroulé autour du pivot et s'appuyant par ses extrémités sur le balai et sur une structure fixe du dispositif. 5.- Procédé de construction d'un collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à partir d'une bague métallique, par exemple en un alliage de cuivre, de hauteur égale k celle du collecteur que l'on désire obtenir, brocher la surface interne de la bague en y formant des cannelures parallèles, de section en queue d'aronde, s'étendant sur toute la longueur de la bague et légèrement inclinées par rapport aux génératrices de la bague, k poser la bague en position debout sur une plaque de manière à obturer une base, à monter coaxialement dans la bague un noyau de diamètre égal à celui de l'arbre moteur sur lequel le collecteur doit être fixé, k couler dans 1' espace compris entre la bague et le noyau une matière isolante, par exemple une résine époxy à haute tenue en température et enfin k démouler le noyau après refroidissement du cylindre en matière isolante ainsi formé