Brevet FR2482794A1 — publié le 19811120

Collecteur pour machines électriques tournantes Dans la conception des collecteurs pour machines électriques tournantes, et plus particulièrement des collecteurs à lames des induits des machines tournantes à courant continu, l'assemblage et le maintien des lames est généralement associé à un tambour qui sert au montage et à l'entrainement dudit collecteur. Les réalisations bien connues des collecteurs comportent plusieurs modes de fabrication. Il y a lieu tout d'abord de citer les collecteurs du type dit à cônes, dans lesquels l'assemblage et le maintien des lames de cuivre, généralement trapézoidales, ainsi que des séparateurs isolants en mica, s'effectue par l'intermédiaire de cônes en acier s'ajustant latéralement dans une gorge conique de forme identique usinée dans les lames avec interposition d'un cône isolant, ces cônes en acier étant centrés et serrés axialement par l'intermédiaire d'un tambour et à l'aide d'un filetage ou de vis. Le tambour permettant le montage sur l'arbre de l'induit et l'entrainement en rotation dudit collecteur. I1 existe également, pour des collecteurs de dimensions limitées, une réalisation qui consiste à incorporer dans les lames deux ou plusieurs armatures, généralement des bagues en acier, ces armatures étant centrées et noyées dans une masse isolante, ladite masse isolante servant aussi de liaison à un tambour permettant le montage sur l'arbre de l'induit et l'entrainement du collecteur. Les deux modes de réalisation cités ont l'inconvénient principal d'exiger des usinages longs et coûteux et un volume de cuivre important. Des progrès ont été réalisés pour réduire ou supprimer les inconvénients cités précédemment en réalisant l'assemblage et le maintien des lames de cuivre par des bagues de frettage disposées sur la périphérie extérieure, ces bagues pouvant être réalisées avantageusement dans un matériau isolant, essentiellement un matériau bien connu constitué par un ruban de fibres de verre parallèles imprégnées au moyen d'une résine thermodurcissable non polymérisée. Ces bagues de frettage, en plus de l'effort de serrage des lames, permettent un serrage concentrique sur un tambour par l'intermédiaire d'une paroi isolante, par exemple une résine coulée avec une précontrainte de compression pour ltentratnement en rotation, ceci permettant d'éviter un usinage précis. Un tel collecteur est décrit par exemple dans le brevet canadien nO 691 030. Il serait souhaitable cependant de supprimer tout tambour de manière à pouvoir refroidir directement les lames du collecteur et à offrir une plus grande section de passage à l'air de ventilation de l'induit. La présente invention a donc pour objet un collecteur pour machine électrique tournante comportant une couronne de lames conductrices en cuivre séparées les unes des autres par des lames isolantes, l'assemblage et le maintien desdites lames de cuivre et isolantes étant réalisé par des frettes disposées sur la périphérie extérieure caractérisé en ce que l'entrainement en rotation dudit collecteur est réalise par le moyen de deux plateaux en forme d'anneaux situés l'un à l'une des extrémités du collecteur et l'autre à l'autre extrémité du collecteur, lesdits anneaux étant solidaires de l'arbre de la machine électrique, des moyens étant prévus pour rendre solidaire en rotation le collecteur et lesdits anneaux. Selon une réalisation de l'invention, lesdits moyens comportent à chaque extrémité du collecteur, une frette périphérique extérieure prenant appui en partie sur l'extrémité des lames du collecteur et en partie sur une portion cylindrique du plateau contigu. Selon une autre réalisation de l'invention, lesdits moyens comportent des tirants reliant les deux dits plateaux en les pressant contre les faces d'extrémité du collecteur avec interposition d'un matériau moulable. On va maintenant décrire quelques exemples de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel La figure 1 montre en coupe longitudinale un collecteur connu. La figure 2 montre en coupe longitudinale un collecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention. Les figures 3 et 4 sont des vues partielles montrant des variantes du mode de réalisation de la figure 2. La figure 5 montre en coupe longitudinale un collecteur selon un second mode de réalisation de. l'invention La fi;re: 6 montre une var,ite-: i:un mode de réalisation selon la seconde réalisation de la figure 5. La figure 7 montre en coupe longitudinale un collecteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention combinant les modes de réalisation des figures 2 et 5. La figure 8 montre une vue partielle de l'un desdits anneaux utilisable dans le cas des réalisations des figures 5, 6 ou 7. En se reportant maintenant à la figure 1, on voit un collecteur de machine électrique tournante connu. Il comprend une couronne de lames conductrices en cuivre. telle que la lame 1. Les lames comportent un talon 2 nécessaire au raccordement de l'enroulement de l'induit non représenté. Une lame isolante par exemple en mica est placée après chaque lame de cuivre de manière à avoir alternativement une lame de cuivre puis une lame isolante. Dans la figure 1 qui est une coupe axiale de collecteur, on ne voit qu'une seule lame de cuivre 1. L'ensemble de la couronne formé par le paquet de lames de cuivre 1 et des lames isolantes est maintenu et serré par des frettes 3, 4 placees dans des gorges 5, 6 usinées dans les lames. Les frettes 3, 4 sont généralement constituées par un ruban en fibres de verre parallèles, préimprégnées à l'aide d'une résine thermodurcissable. Ces frettes sont posées avec une pré-tension afin de constituer un frettage efficace de l'ensemble.En outre, elles permettent également d'appliquer, par l'intermédiaire d'une matiere isolante 7, une contrainte de compres- sion sur un tambour 3 en acier ou en fonte servant au montage et à ltentrainement du collecteur. La matière isolante 7 est par exemple une résine coulée avec une précontrainte de compression. Le tambour 8 est emmanché sur l'arbre non représenté. Sur la figure 2 qui représente un collecteur selon l'invention, on a supprimé le tambour 8 de la figure 1. La couronne formée par l'ensemble des lames de cuivre 1 et des lames isolantes est également assemblée solidement au moyen de frettes 9 et 10 mais l'entrainement en rotation est réalisé ici selon l'invention au moyen de deux plateaux d'extrémité 11 et 12 en forme d'anneau, les frettes 9 et 10 stappuyant en partie sur les extrémités 13 et 14 des lames du collecteur et en partie sur des portées cylindriques 15, 16 de pièces annulaires 17, 18 fixées sur les plateaux 11, 12 ou usinées directement dans ces plateaux comme c'est le cas sur la figure 3. Les pièces annulaires 17, 18 peuvent être en cuivre, en bronze, acier ou fonte ou encore en métal d'autre nature mais de préférence ayant un coefficient de dilatation identique ou voisin de celui de la couronne de lames de cuivre 1.Pour respecter l'isolation du collecteur, les pièces annulaires 17, 18 sont séparées des lames du collecteur par des rondelles isolantes 19, 20. A titre d'exemple, on a représenté la rondelle 20 différente de la rondelle 19. On choisit évidemment la forme la plus adéquante. Ces rondelles peuvent être réalisées par moulage avec une résine synthétique comprenant une charge minérale ou des fibres de renforcément ou encore être réalisées par usinage d'un matériau stratifié tel qu'un stratifié à base de tissu de verre et de résine synthétique. La rondelle 19 qui comporte des épaulements, augmente'la longueur de la ligne de fuite et de plus permet le centrage de la pièce annulaire 17. La rondelle 20 est d'une réalisation plus économique. Ces rondelles isolantes 19, 20, par un choix judicieux -de leur composition, peuvent servir de matelas compressible s'il apparait des efforts de compression par exemple des efforts dûs à la dilatation de cuivre lors du fonctionnement de la machine. Les plateaux 11, 12 sont montés d'une manière habituelle sur l'arbre de la machine. Ils comportent par exemple un moyeu avec croisillons pour le passage de l'air de refroidissement. La périphérie interne du collecteur est revêtue d'une couche isolante 21 de faible épaisseur. La figure 4 montre un exemple dans lequel le plateau 11 ainsi que la pièce annulaire 17 ont été remplacés par un anneau 22 en matière isolante. Cet anneau 22 peut comporter une armature interne métallique ou bien être chargé de fibres de verre. Cet anneau 22 peut aussi être réalisé par enroulement de fibres de verre préimprégnées avec une résine thermodurcissable. Cette disposition évite l'emploi des rondelles isolantes 19, 20 des figures 2, 3. Dans le cas où le collecteur est de grande longueur on peut disposer d'autres frettes réparties sur la longueur du collecteur. Par des essais, on a pu s'assurer que la réalisation des frettes 9, 10, permettaient, même à température élevée de 1300C ou plus, d'obtenir une tenue très satisfaisante à un couple de torsion dépassant de deux fois la valeur maximale du couple de torsion qui pourrait s'exercer pendant les périodes de fonctionnement les plus défavorables, par exemple lors d'un freinage provoqué par un court-circuit aux bornes de la machine. Indépendamment du choix de la section des frettes 9, 10, des améliorations peuvent d'ailleurs être apportées dans la tenue au couple de torsion entre l'anneau formé par les lames 1 et les pièces annulaires 17, 18. Par exemple en donnant aux surfaces d'appui des frettes sur les pièces annulaires 17,18 des stries ou des aspérités pour un meilleur accrochage, d'ailleurs celles-ci existent du côté cuivre du fait de l'alternance des lames de cuivre et de mica. Aussi par exemple en renforçant les frettes 9, 10 par incorporation d'une armature tissée en fibres de verre pour augmenter la tenue de ces frettes au cisaillement. Toujours dans l'idée de l'invention de réaliser un collecteur sans tambour, la figure 5 précise une autre mode de réalisation. Le maintien des lames 1, s'effectue toujours au moyen connu de frettes en matière isolante à base de fibres de verre 9, 10 mais l'entrainement du collecteur s'effectue par l'appui latéral, contre les deux faces d'extrémité des lames du collecteur, de deux plateaux 22, 23 centrés aux extrémités du collecteur et ancrés à ce même collecteur par l'intermédiaire d'une matière isolante 24, 25 moulée à chaud par serrage latéral des deux plateaux 22, 23 par exemple au moyen de tirants boulonnés 26 complétés par des rondelles élastiques 27 ou réalisés dans un métal pour être compatible avec la dilatation des lames de cuivre 1. D'autres moyens de serrage peuvent être utilisés. Les plateaux 22, 23 permettent ainsi ltentralnement et le montage du collecteur sur l'arbre de l'induit avec les mêmes avantages que ceux décrits précédemment. La figure 6 indique un autre mode de réalisation de l'idée de l'invention ou le plateau 22 vient se centrer à l'extrémité du collecteur également par l'intermédiaire d'une matière isolante 24 moulée à chaud par serrage latéral dudit plateau 22, ce dernier venant en butée contre la frette 4 en limitant ainsi l'écrasement de la matière isolante 24. En variante, il est possible de compléter ou d'améliorer l'entraI- nement entre les plateaux 22, 23 et les lames 1 en y associant le mode de réalisation décrit dans les premiers exemples figures 2, 3 et 4. La figure 7 montre ainsi un exemple de réalisation où l'ancrage obtenu au moyen de l'isolant 24 est complété par un deuxième frettage 28 effectué avec un ruban identique celui utilisé pour réaliser les frettes 9, 10 mais de plus grande largeur pour recouvrir à la fois la frette 9 et le plateau 22. Pour obtenir un ancrage satisfaisant il est nécessaire que le matériau isolant 24, 25 soit moulé entre deux surfaces qui présentent des creux, des évidemments ou aspérités convenables. Cela est facilement réalisable d'une part du côté des lames de cuivre en incorporant régulièrement, par exemple, un certain nombre de lames plus courtes apparaissant en pointillé 29 figures 5, 6 et 7 ou en utilisant des lames isolantes qui ont un léger retrait à cet endroit , provoquant ainsi des creux d'ancrage pour le matériau 24, 25, d'autre part en disposant de plateaux 22, 23 dont la surface d'appui latérale présente des évidemments ou des aspérités tel que représenté à la figure 8 à titre d'exemple. D'autres possibilités de rendre la surface plus adhérente existent, comme par exemple un sablage ou grenaillage profond, la réalisation de petits trous ou d'ergots. Le matériau isolant 24, 25 sera généralement constitué par une armature à forte résistance mécanique, comme par exemple des fibres de verre, tissées ou non tissées orientées ou non, ou d'autres fibres à haut module, préimprégnées à l'aide d'une résine thermodurcissable. Le matériau 24, 25 sera mis en place à l'état non durci, puis après serrage des plateaux 22, 23 sera moulé à chaud de manière à épouser intimement les surfaces des disques et des lames de cuivre. Son épaisseur sera déterminée pour assurer également une isolation électrique satisfaisante. Dans ltexemple de la réalisation de la figure 7, le frettage complémentaire 28 sera alors effectué après polymérisation dudit matériau 24. Les plateaux 22, 23 seront réalisés en acier, fonte, cuivre, bronze ou laiton ou autre métal mais de préférenee avec un coefficient de dilatation voisin de celui de 1' anneau formé par les lames 1. Ces disques pourront également être réalisé dans un matériau isolant obtenu par exemple par moulage d'une résine armée de fibre de verre ou de fibre à haute tenacité ou par usinage dans un matériau stratifié à base de tissu de verre et de résine comme par exemple une résine époxyde. REVENDICATIONS 1/ Collecteur pour machine électrique tournante comportant une couronne de lames conductrices (1) en cuivre séparées les unes des autres par des lames isolantes l'assemblage et le maintien des lames de cuivre et des lames isolantes étant réalisé par des frettes (9, 10) disposées sur la périphérie extérieure, caractérisé en ce que 1' entrai- nement en rotation dudit collecteur est réalisé par le moyen de deux plateaux (11, 12, 22, 23) en forme d'anneau situés l'un à l'une des extrémités (13) du collecteur et l'autre à l'autre extrémité (14) du collecteur, lesdits anneaux étant solidaires de l'arbre de la machine électrique, des moyens étant prévus (17, 18, 9, 10) pour rendre solidaire en rotation le collecteur et lesdits anneaux. 2/ Collecteur pour machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent à chaque extrémité du collecteur une frette périphérique (9, 10) extérieure prenant appui en partie sur l'extrémité des lames du collecteur et en partie sur une portion cylindrique (17, 18) du plateau contigu. 3/ Collecteur pour machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent des tirants (26) reliant les deux dits plateaux (22, 23) en les pressant contre les faces d'extrémité du collecteur avec interposition d'un matériau moulable (24, 25). 4/ Collecteur pour machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent en outre à chaque extrémité du collecteur, une frette périphérique (28) extérieure prenant appui en partie sur l'extrémité du collecteur et en partie sur une portion cylindrique du plateau (22, 23) contigu.