Brevet FR2471682A1 — publié le 19810619

La présente invention a pour objet un perfectionnement aux collec- teurs tournants fonctionnant selon un axe sensiblement vertical, permettant d'en accrortre la sécurité et la fiabilité, tout en simplifiant leur construction, leur entretien et leur réparation. Les collecteurs rotatifs à axe vertical sont utilisés pour la transmission de courants électriques continus ou alternatifs entre une partie fixe et une partie mobile pouvant effectuer une rotation de plus de 3600 Ces collecteurs transmettent des courants de puissance, de commande de mesure ou de signalisation, en tension continue, ou bien basse ou haute fréquence et peuvent posséder un grand nombre de passages. Ils doivent apporter le moins de perturbations possibles dans la trans- mission de ces courants, ce qui est particulièrement important pour les signaux à bas niveau. D'une façon générale, on leur demande une grande sécurité de fonctionnement et une longue durée de vie. Dans certains cas, par exemple pour les coupoles d'observatoires, les tourelles marines ou les plate-formes pétrolières, ils peuvent Atre de grande dimension. Enfin, ils sont souvent employés dans des conditions difficiles con ju- guant par exemple une utilisation en milieu mar in et tropical avec une ambiance corrosive et explosive et des conditions vibratoires dures. Selon les techniques classiques actuelles, ces collecteurs sont consti- tués par des bagues ou des couronnes conductrices liées soit à la partie fixe de l'installation, soit à la partie mobile et sur lesquelles viennent s'appuyer des contacts électriques solidaires de l'autre partie. Les incidents rencontrés en utilisation résultent généralement de la présence de condensations internes ou de poussières provenant de l'usure des parties mobiles, ou bien de l'introduction de corps étrangers solides, liquides ou gazeux. Il en résulte des perturbations-électriques, des courts-circuits internes ou autres incidents préjudiciables à la sécurité et à la longévité du fonctionnement. 2 2471682 D'autre part, dans le cas des collecteurs de grand diamètre la réalisa- tion et la protection des couronnes ou des bagues posent des problèmes pratiques croissant avec leur taille alors que leur grande dimension est généralement imposée par la nécessité de monter le collecteur autour d'autres organes occupant la partie centrale. La présente invention est caractérisée par l'utilisation de bandes métalliques à la.place de bagues ou de couronnes et par une disposition particu- lière des divers organes constitutifs. Pour comprendre l'objet de la présente invention, on se rapportera aux figures des planches jointes en annexe. Les figures 1 et 2 donnent la description schématique des solutions classiques actuellement employées et les figures suivantes les dispositions selon la présente invention afin de montrer les points essentiels par lesquels elle en diffère et les possibilités de réalisation. La figure 1 montre la vue schématique en coupe d'un collecteur tournant à bagues de type classique destiné a être utilisé en position sensiblement verticale. Ce collecteur tournant comporte un corps tubulaire (1) solidaire d'une embase (2), cet ensemble constituant l'enveloppe interne que nous supposerons fixe.pour faciliter la présente explication. Le corps tubulaire intérieur (1) laisse passage à des organes divers, fixes ou mobiles, que nous supposerons contenus dans un volume cylindrique (3). L'ensemble du collecteur est renfermé entre cette enveloppe interne fixe et une enveloppe externe mobile (4). Les passages électriques, figurés pour simplifier au nombre de quatre, sont réalisés à l'aide de bagues conductrices telles que (5) logées dans un support isolant.(6) solidaire mécaniquement de l'enveloppe fixe et reliées électriquement par des câbles à la partie fixe de l'installation générale. La liaison électrique avec la partie mobile est établie par des frotteurs conducteurs (7) constitués par des balais carbo-métalliques ou des contacts en métaux ou alliage appropriés adaptés aux tensions et courants à transmettre. Ces 3 247 1682 frotteurs sont en liaison électrique avec les câbles de transmission des courants à la partie mobile par l'intermédiaire de supports (8) avec lesquels ils sont en liaison souple. Les supports de frotteurs tels que (8) sont fixés mécaniquement sur une pièce isolante (9) qui permet leur fixation sur l'enveloppe externe (4) supposée mobile. On peut remarquer dans la présente description schématique que les bagues telles que (5) sont séparées les unes des autres par des cloisons isolantes telles que (10) qui ont pour r6le d'augmenter la distance d'isolement entre elles afin de remédier dans une certaine mesure à des inconvénients ren contrés dans la pratique. Ces inconvénients résultent principalement du fait qu'après un certain temps de fonctionnement on constate la p résence de dépôts abrasifs et conducteurs découlant de l'usure normale des contacts rotatifs se combinant avec les condensa- tions internes résultant de la respiration de l'enceinte en fonction des variations de température. Il peut venir s'y ajouter l'influence néfaste d'une introduction de liquides conducteurs (eau de mer par exemple) ou de corps gras introduits par les agents de graissage des organes de rotation. Ces dépôts ou ruissellements suivent principalement le chemin indiqué par les flèches (f) et restent en partie enfermés dans les logements circulaires des bagues en provoquant les inconvénients signalés précédemment. Malgré toutes les précautions prises pour améliorer les états de surface afin de réduire l'usure et augmenter l'étanchéité, il est très difficile de supprimer ces ennuis et m8me la surpression de l'atmosphère interne, solution compliq uée et coôteuse, ne peut y remédier entièrement. La figure 2 montre la disposition schématique générale des collecteurs du type à couronnes, lesquels comportent, comme dans le cas précédent, une enveloppe interne constituée par un corps tubulaire (I 1) et une semelle (12), cette enveloppe interne laissant libre passage à un volume cylindrique (13) et étant supposée fixe. 2 4 7 16 8 2 L'enveloppe externe (14) est supposée tournante par rapport à l'enveloppe interne et les liaisons entre la partie fixe et la partie mobile sont établies par des couronnes conductrices telles que (15), montées sur le support isolant (16), sur lesquelles viennent s'appuyer des contacts tels que (17) et (18) fixés sur la pièce isolante (19) solidaire de -la partie tournante. On remarque que cette disposition de contacts en dessus et en dessous des couronnes découle de la nécessité de tenue aux accélérations dans le sens vertical. Ce qui a été précédemment dit des inconvénients dus aux dépôts sur les surfaces internes s'applique évidemment à la présente disposition. On remarquera à ce su jet que les problèmes d'usure seront surtout importants pour les contacts supérieurs tels que (17) par le fait que ces dépôts restent de préférence à la partie supérieure des surfaces horizontales. Pour comprendre le perfectionnement aux collecteurs tournants proposé par la présente invention, on se référera à la figure (3) qui en donne, la représen- tation schématique en élévation et en coupe. Comme dans les descriptions précédentes, le collecteur comporte une enveloppe interne (2} et une enveloppe externe (22) tournant par rapport à celle- ci. Les liaisons électriques entre la partie fixe et la partie mobile sont réalisées par des bandes conductrices telles que (24) et (25) encastrées dans des rainures circulaires de positionnement établies à la partie inférieure d'un plateau isolant (26). Sur ces bandes viennent s'appuyer des contacts tels que (27) et (28) montés sur des supports isolants tels que (29) solidaires de la partie-mobile. On remarquera que pour une autre bande telle que (25) les contacts mobiles (30)et (31) sont montés sur un support (32) éloigné du support (29) de la bague voisine. Enfin, entre un étage supérieur tel que décrit ci-dessus et un étage identique situé au dessous se trouve interposé un déflecteur (33) qui ne porte aucune pièce électrique nue et qui a pour but de protéger l'étage inférieur des dép8ts pouvant venir d'au dessus. 2471682 Les figurent 4 à 10 donnent, à titre indicatif et non limitatif, des exemples schématiques permettant de mieux faire comprendre la présente invention et d'en apercevoir les possibilités pratiques de réalisation. La figure 4 donne la vue développée d'une bande collectrice laquelle comporte la bande proprement dite (41) sur laquelle sont brasées, à chaque extré- mité, des pattes (42), de m8me épaisseur que la bande, entre lesquelles sont éga- lement brasées d'autres pattes telles que (43), les dites pattes servant à la fixation et au raccordement électrique de la bande ainsi qu'il sera exposé ultérieurement. La figure 5 montre la même bande mise en forme circulaire telle qu'elle se trouvera après montage dans les rainures du plateau support de bandes. La figure 6 représente la vue en demi coupe d'un ensemble plateau collecteur et contacts. Le plateau isolant circulaire (51) étant fixé par des vis telles que (52) sur un support tubulaire (53) supposé fixe. Ce plateau comporte, sous sa partie inférieure (58) des rainures circulaires dans lesquelles viennent s'en- castrer les bandes collectrices (54) à (57)et entre ces rainures se trouvent des cloisons verticales telles que 59 destinées à allonger les lignes d'isolement entre bagues et à canaliser vers le bas les dép8ts et condensations. Dans le m9me but des déflecteurs isolants tels par exemple que figuré en (72) peuvent itre placés entre les divers étages du collecteur. Pour donner des exemples de fixation et de raccordement des bagues collectrices on peut voir sur cette figure que la bande (54) est maintenue par des clavettes élastiques conduc- trices telles que (60) comportant une partie roulée (61) dans laquelle vient se souder le conducteur (62). Une autre possibilité est donnée relativement à la bande (56) dont les pattes portent des trous taraudés o viennent se visser des tiges filetées telles que (63) sous les têtes desquelles sont serrées des cosses (64) recevant un conducteur (65). Tout l'ensemble des raccordements effectués à la partie supérieure du plateau est bloqué et protégé par un compoundage (66). On remarquera que les bandes (54) et (56) reçoivent des contacts doubles (66), (67) et (68), (69) qui viennent s'appuyer sur les faces latérales verticales des dites bandes. Cette disposition ayant pour but d'assurer une bonne tenue aux vibrations dans le sens perpendiculaire à l'axe XY. D'autre part, si ces contacts sont, pour simplifier la description, figurés dans le plan de coupe, ils sont avanta- geusement décalés légèrement de part et d'autre de celui-ci ainsi qu'il sera expliqué ultérieurement. Ces contacts (66) à (69) sont placés sur un support isolant (70) fixé sur un corps tubulaire (71) lequel tourne par rapport au corps (53) selon le même axe vertical XY. Les contacts s'appuyant sur les bandes (55) et (57) sont montés sur d'au- tres supports isolants similaires àa(70) ceci afin d'augmenter la distance d'isolement entre deux contacts successifs, tels que (67) et (68), placés sur un même support. La figure (7) qui donne une vue schématique en élévation permet de mieux comprendre les raisons d'une disposition des contacts dans le genre de celle indiquée ci-dessus en considérant que l'axe AB correspond au plan de coupe de la figure précédente et en reprenant les mêmes repères de bandes. Si on dispose par exemple la bande intérieure (54) et la bande inter- médiaire (56) de telle sorte que pour chacune de ces bandes leurs deux bouts se referment dans la partie repérée m, n, on voit que par suite de leur décalage angulaire lorsqu'un des contacts tel que (66) passera à l'endroit du raccordement, l'autre contact tel que (67) en sera dégagé. Si d'autre part un autre support de contacts correspondant a ces deux bandes est placé dans la partie p, q symétrique, les liaisons électriques seront surement assurées pour chaque bande par au moins trois contacts. Enfin, si les supports de contacts-des bandes collectrices (55) et (57) sont placées dans les parties r, s et t, u de l'axe CD on voit que par suite de leur éloignement il sera facile d'assurer un bon isolement des uns par rapport aux.autres. Les contacts utilisés peuvent être de tout type connu et par exemple en alliages métalliques ou en matériaux carbo-métalliques et montés sur des lames élastiques ou des supports appropriés réalisés selon les règles de l'art, en fonction de la nature des courants transmis et des servitudes particulières imposées. - 7 247168 2 A titre indicatif, la figure 8 donne en coupe développée un exemple de réalisation permettant de faciliter le montage et démontage des contacts. On voit sur cette figure que le plateau isolant (80) porte la bande (81) logée dans la rainure circulaire vue en (82), laquelle bande y est fixée par la clavette élastique (83) passant au travers d'une ouverture de la patte (84) laquelle clavette sert aussi d'amenée de courant. Sur la partie (85) de la bande, dégagée en dessous de la rainure du plateau viennent s'appuyer, de part et d'autre, les contacts (86) et (87) sur une face, (88) et (89) sur l'autre face. Ces contacts sont montés sur des lames O élastiques tenues par les supports isolants (90) et (91) pouvant tourner autour des axes 0 et 0' perpendiculaires au plan de la figure. On comprend que les contacts peuvent être dégagés pour le démontage en tournant les supports dans I e sens f et f' ou bien engagés par la manoeuvre inverse. On notera d'autre part que les dits supports étant mécaniquement fixés sur une pièce (92) mobile par rapport au plateau (80) les contacts montés sur (90) ou (91) sont disposés en sens inverse pour qu'il n'y ait pas de phénomène de brou- tement sur les deux jeux de contacts quel que soit le sens de rotation. La présente invention prévoit également qu'afin de faciliter le montage ou le démontage du collecteur le (ou les) plateau (x) porte bandes peuvent être réalisés en une seule pièce ou en plusieurs et que pour les mêmes raisons une bande collec- trice peut être partagée en deux ou plusieurs parties mises bout à bout. Dans ce cas, les contacts seront disposés selon les règles de l'art pour assurer une bonne sécurité des liaisons électriques. Il est également prévu que les plateaux et autres pièces isolantes- peuvent être réalisés par tout moyen connu en matériaux appropriés et que des pièces électriques ou mécaniques peuvent y 8tre directement incorporées, par exemple au moulage. Les figures 9 et 10 donnent des exemples de la disposition générale possible de collecteurs selon la présente invention. Selon la figure 9 le collecteur comporte une enveloppe extérieure (100) 247 1682 de forme cylindrique mobile en rotation selon l'axe vertical XY et tournant par rapport à une enveloppe circulaire interne (101), ces deux enveloppes constituant une enceinte annulaire et laissant en leur centre un passage cylindrique libre (103) Les plateaux supports de bandes sont fixés sur la pièce tubulaire (104) solidaire mécaniquement de l'enveloppe (101). Les supports-de contacts sont montés sur la pièce tubulaire (105) laquelle est mobile en rotation par rapport à l'enveloppe (101) et peut être entraînée par l'enveloppe (100) lorsqu'on la solidarise à celle-ci par un doigt d'entraPnement (106). On voit qu'avec une telle disposition tous les équipements électriques internes peuvent être faci- lement assemblés sur l'enveloppe (101), l'ensemble ainsi constitué étant ensuite coiffé par l'enveloppe extérieure (100) avec laquelle les liaisons électriques sont établies par cables souples. Pour faciliter le montage et le démontage des éléments internes la pièce (105) possède de larges ouvertures telles que (107) et les parties intermédiaires telles que (108) servant à la fixation des supports de contacts. Selon la disposition schématisée par la figure 10 les dispositions sont similaires mais tous les ensembles électriques sont disposés sur le couvercle (110) fermant la partie supérieure de la cuve (111). Les plateaux sont montés sur le support tubulaire (112) solidaire du couvercle (110) et les supports de contacts sur la pièce tubulaire (113) supportée par un chemin de roulement (114) laquelle pièce peut être solidarisée en rotation avec la cuve (111) par l'intermédiaire d'un doigt (115). Une telle disposition est particulièrement applicable au ces des collecteurs anti-défiagrants ou bien remplis d'un liqui.de isolant. A partir des descriptions schématiques données précédemment à titre indicatif et non limitatif on comprendra qu'un collecteur selon la présente invention se différencie de ceux actuellement réalisés par les points principaux suivants Un premier point réside dans le fait que les surfaces collectrices sont - 2471682 constituées par des bandes métalliques mises en forme circulaire et encastrées dans des rainures situées au dessous d'un plateau isolant de telle sorte que leurs faces de contact soient verticales. Il en résulte que les corps étrangers introduits accidentellement, ou bien provenant de dégradations internes et de l'usure des pièces mobiles auront peu de tendance à se déposer et à subsister dans le chemin des contacts. Un second point résulte du fait que les contacts mobiles de deux bandes voisines sont placés sur des supports différents ce qui permet d'augmenter la distance entre les contacts placés sur un même support isolant et de donner à celui-ci la forme la plus convenable pour allonger les lignes d'isolement et éviter la présence de dép8ts nuisibles. Un troisième point réside dans l'économie de métal résultant de l'adoption de bandes pour les surfaces conductrices, surtout vis-à-vis des collecteurs du type à couronnes. Ces bandes étant d'autre part plus faciles à approvisionner que des feuilles ou des tubes de grande taille devant présenter un excellent état de surface. Pour les collecteurs de grande taille, on notera aussi qu'il est plus facile de protéger électrolytiquement des bandes de grande longueur que des pièces de grande surface. Une autre différence importante entre l a présente invention et les solutions classiques réside dans le fait que le montage du-collecteur neconsiste plus dans un empilage de pièces fermées ce qui entrarbe une importante addition de tolérances mécaniques, mais dans la mise en place de pièces ouvertes dans des logements mécaniquement bien définis. On doit en dernier lieu considérer le problème posé en cas de réparation lorsqu'il s'agit d'un collecteur de type classique dont le passage central est occupé par des organes difficilement démontables. En effet lorsque, par exemple, par suite d'un court-circuit extérieur, les bagues ou couronnes d'un tel collecteur se trouvent endommagées leur remplacement nécessite un démontage de I 'ensemble de l'installation, alors qu'avec un collecteur à bandes il suffit de séparer verticale- ment les deux enveloppes et d'ouvrir les bandes détériorées pour pouvoir les sortir Itt tes. p c cui. -40- 2471682 REVENDICATIONS 1. Collecteur électrique rotatif destiné à fonctionner selon un axe sensiblement vertical pour transmettre des courants électriques entre une partie fixe et une partie mobile, chaque passage électrique étant établi à l'aide de plusieurs contacts s'appuyant sur une bande collectrice, ces dispositifs de liaison pouvant entre protégés par des écrans électriques ou disposés sur plusieurs étages, l'ensemble des parties électriques étant placé dans une enceinte étanche, anti-défla- grante, pressurisée ou garnie d'un liquide isolant, ce collecteur étant caractérisé en ce que les bandes collectrices, mises en forme circulaire, sont situées au dessous d'un plateau isolant, leur tranche étant parallèle à l'axe du -collecteur. 2. Collecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les contacts correspondant à des passages électriques voisins sont placés sur des supports électriques différents afin d'augmenter les chemins d'iso- lement. 3. Collecteur4s.Ir'les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les bandes collectrices et les plateaux isolants supportant celles-ci sont partagés en plusieurs parties afin de faciliter leur montage et leur démon- tage. 4. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les plateaux supports de bande sont fixés sur une pièce cylindrique solidaire du couvercle d'une cuve, lequel couvercle est mobile en rotation par rapport à celle-ci et que les supports de contacts sont fixés sur une pièce tubulaire liée mécaniquement au couvercle dans le sens vertical, mais mobile en rotation par rapport à celui-ci, sa liaison-mécanique avec la cuve étant assurée par un doigt de blocage et ses liaisons électriques par des cdbles souples.