Brevet FR2517892A1 — publié le 19830610

La présente invention concerne les appareils électriques du type tournant, tels que les générateurs d'électricité ou les mo- teurs électriques, au sens le plus large, et elle vise, plus parti- culièrement, les moyens mis en oeuvre pour assurer le contact élec- trique entre des balais, des frotteurs ou des charbons et l'élément constitutif formant induit ou inducteur. Pour assumer la fonction ci-dessus, il est connu de réa- liser une bague collectrice comprenant une âme annulaire en matière isolante, au moins deux viroles conductrices recouvrant l'une des faces périphériques de l'âme, en étant décalées axialement, sans con- tact l'une avec l'autre, et'au moins deux conducteurs solidaires des viroles, incorporés à l'épaisseur de l'âme et faisant saillie axiale- ment hors au moinsde l'une des faces transversales de cette dernière. Une telle construction peut être envisagée dans le cas de montage sur l'arbre de rotation d'un 'rotdr ou, encore, à la périphé- rie interne d'une cage. Les conducteurs sojidaires des viroles sont normalement destinés au raccordement avec les moyens de production d'énergie électrique ou de transformation dé cette dernière. La fabrication d'une telli bague comprend i'exécution des viroles conductrices qui sont fabriquées à partir d'une enveloppe cylindrique en matière conductrice sur laquelle les deux conducteurs sont rapportés par soudure en étant décalés axialement et angulaire- ment Dans le cas d'une bague adaptable sur l'arbre d'un rotor central, les conducteurs sont rapportés sur la surface périphérique interne de l'enveloppe cylindrique En général, l'âme isolante est formée par moulage sur l'enveloppe et enrobe les deux conducteurs qui se trouvent ainsi en partie emprisonnés dans l'épaisseur de l'âme. Une opération de reprise est ensuite exécutée pour usiner une gorge périphérique dans l'enveloppe conductrice afin de ménager une solution de continuité permettant de délimiter deux viroles ou pistes conductrices indépendantes qui sont chacune relié% à un con- ducteur. Les bagues collectricesobtenues selon le procédé ci- dessus, donnent satisfaction pour la fonction qu'elles doivent assumer Cependant, de telles bagues possèdent des inconvénients ma- jeurs au plan de la fabrication. Le moulage de L'âme sur l'enveloppe représente une opé- ration de surmoulage impliquant nécessairement la pose, généralement manuelle, d'une ou plusieurs enveloppes équipées de conducteurs, dans un moule ouvert préalablement à l'injection Ceci représente une sujetion importante augmentant le coût de fabrication et diminuant la cadence. Ensuite, il est nécessaire d'exécuter, par usinage, la gorge délimitant les deux pistes indépendantes à partir de l'envelop- pe Ceci représente une opération de reprise coûteuse se traduisant, en outre, par une perte de matière première pouvant ître qualifiée de noble s'agissant du cuivre. L'objet de l'invention est justement de remédier à ces inconvénients majeurs en proposant une nouvelle bague conductrice et collectrice, particulièrement conçue pour supprimer les opérations de pose d'insert et de reprise, afin de diminuer notablement le prix de revient de chaque article fabriqué. L'objet de l'invention vise également à proposer une nouvelle bague conductrice dont la fabrication puisse être envisagée en grande série au moyen de cha nes de fabrication entièrement auto- matiques. Un autre objet de l'invention est de proposer une nou- velle bague collectrice qui puisse être réalisée pour comporter un nombre de pistes collectrices égal ou différent de deux et pour que ces pistes puissent être placées indifféremment au niveau de la sur- face périphérique interne ou externe de la bague, afin de répondre à toutes les possibilités de réalisation technique et de construction de structures des appareils électriques, du type tournant. Pour atteindre les buts ci-dessus, la bague collectrice, conforme à l'invention, est caractérisée en ce que l'âme annulaire présente dans son épaisseur au moins deux logements de direction axiale, s'ou- vrant au moins sur l'une des faces transversales de l'Vme et débouchant au moins partiellement par une ouverture sur l'une des faces périphé- riques de l'âme et en des zones différentes l'une de l'autre, les viroles conductrices sont emmanchées et im- mobilisées sur l'âme et recouvrent chacune au moins partiellement l'ouverture d'un logement, les conducteurs sont engagés chacun dans l'un des logements. Diverses autres caractéristiques ressortent de la des- cription faite ci-dessous en référence aux dessins annexes qui mon- trent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention - La fig 1 est une coupe-élévation d'une bague conforme à l'invention. Les fig 2 et 3 sont des vues transversales prises res- pectivement selon les lignes II-II et III-III de la fig 1. La fig 4 est une coupe-élévation illustrant une autre forme de réalisation de l'objet de l'invention. Les fig I à 3 montrent un premier exemple de réalisa- tion relatif à une bague collectrice destinée à être montée, par tott moyen convenable, sur l'arbre de rotation d'un rotor central tournant, tel que l'induit d'une machine électrique classique du type tournant. Les moyens de liaison entre la bague collectrice et l'arbre peuvent être divers et faire intervenir un collage ou un entrainement positif par cannelure, méplat, clavette, etc La bague collectrice comprend une âme 1 en matière iso- lante, de préférence réalisée en une matière thermoplastique L'âme I se présente sous une forme annulaire d'épaisseur constante Selon 17892 l'application envisagée, la longueur axiale de cette âme peut 8 tre variable en étant inférieure, égale ou supérieure à son diamètre moyen. L'âme isolante I est réalisée pour comporter, dans son épaisseur, au moins deux logements 2 et 3 s'étendant axialement à partir de chacun des bords transversaux la et lb de l'âme 1 Les logements 2 et 3 sont décalés angulairement, de préférence d'une mesure correspondant à la division de la circonférence de l'âme I par le nombre de pistes conductrices à établir Dans l'exemple illus- tré, la bague est destinée à comporter deux pistes et les logements 2 et 3 sont, de préférence, décalés de 180 Les logements 2 et 3 sont également menagés de manière à déboucher sur l'une des faces périphériques de l'âme l par des ouvertures 4 et 5 qui peuvent être de longueur identique ou différente de la longueur axiale des loge- ments 2 et 3. Dans l'exemple représenté, les logements 2 et 3 sont-mé- nagés pour s'ouvrir au niveau-de la surface périphérique extérieure de l'âme 1. L'un des logements, par exemple le logement 3, est pro- longé axialement par un trou 6, inclus dans l'épaisseur de l'âme 1. Le trou 6 s'ouvre au niveau du bord transversal de l'âme 1 corres- pondant à celui à partir duquel est ménagé l'autre logement 2. La bague collectrice comprend également deux viroles conductrices 7 et 8 montées, sans possibilité de coulissement axial et de déplacement angulaire, au niveau de la surface périphérique de l'âme 1 correspondant aux ouvertures 4 et 5 des logements 2 et 3. Dans le cas de réalisation illustré, les viroles conductrices 7 et 8 sont donc montées à la périphérie extérieure de l'âme isolante 1. Les viroles 7 et 8 sont pourvues de conducteurs 9 et 10 rendus solidaires, notamment par soudure par point de l'une des fa- ces périphériques Dans l'exemple illustré, les conducteurs 9 et 10 sont rapportés sur la face intérieure. La virole 7 est montée pour que le conducteur 9 soit engagé dans le logement 2 qui est au moins en partie recouvert par la virole 7 Dans cet état, le conducteur 9 fait saillie axialement 17392 hors du bord transversal la. La virole 8 est montée pour que le conducteur 10 soit engagé dans le trou 6 par le logement 3 qui est recouvert, au moins en partie, par la virole 8 Dans cet état, le conducteur 10 fait également saillie axialement à partir du bord transversal la. Une connexion électrique peut ainsi être facilement exé- cutée entre les conducteurs 9 et 10 et les organes producteurs ou transformateurs d'énergie électrique de l'appareil. De préférence, les viroles 7 et 8 sont montées par cou- lissement axial dans le sens des flèches fl-f 2 ' à partir des bords transversaux la-1 b, en étant orientées angulairement pour faire coin- cider les conducteurs 9 et 10 avec les logements correspondants 2 et 3. Le montage des viroles 7 et 8 est assuré pour établir une solidarisation angulaire et axiale par rapport à l'âme 1 A cet effet, il est avantageux de faire comporter, dans le cas présent, au niveau de la face périphérique intérieure des viroles conductrices 7 et 8, un ou plusieurs picots Il et 12, comportant chacun une face inclinée aboutissant à une face abrupte L'orientation des picots Il et 12 est choisie de manière que l'engagement et le montage des viroles 7 et 8 puisse s'effectuer dans le sens des flèches f 1 et f 2 De préférence, l'engagement axial est effectué après chauffage, au moins superficiel, de l'âme 1, dans le cas présent à partir de la surface périphérique extérieure Ceci permet de faire pénétrer les picots Il et 12 dans la matière constitutive dans laquelle ils sont emprisonnés après refroidissement Une autre méthode consiste à appliquer des ultrasons à l'assemblage en cours de réalisation pour induire un chauffage su- perficiel provoquant un ramollissement de l'âme 1. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'âme isolante peut 9 tre réalisée rapidement, en grande série et à très faible coût par moulage dans une installation parallèle à une chaîne d'exécution des viroles collectrices 6 et 7 La fabrication des viroles peut être obtenue de façon rapide en grande série, au moyen d'une installation automatique recevant des viroles obtenues de toute façon convenable sur lesquelles les conducteurs sont soudés et découpés à partir d'une alimentation en continu. La fabrication et l'obtention d'une bague collectrice conforme à l'invention peut ensuite être assurée par un montage auto matique des viroles 7 et 8 sur une bague 1 préalablement chauffée. Ainsi, sans aucune opération de pose d'insert dans une unité de moulage, ni de reprise pour usinage, il est possible, selon l'invention, d'obtenir à un coût notablement inférieur à la techni- que actuelle, une bague collectrice à même de répondre à la fonction qu'elle doit assumer En effet, la fonction essentielle d'une telle bague est de permettre un contact électrique entre les viroles 7 et 8 et des balais,des frotteurs ou des charbons Cette fonction est assumée efficacement étant donné que les viroles sont rendues. solidaires axialement'et angulairement de l'âme par les picots 11-12 et par la collaboration entre les conducteurs 9 et 10 et les loge- ments 2, 3 et 6. Dans certains cas, pour éviter toute interférence par ligne de fuite entre les viroles 7 et 8, il peut être prévu de ména- ger, au niveau de la surface périphérique de l'âme devant être re- couverte, une moulure périphérique, un bourrelet ou un cordon 13 de matière isolante Une telle moulure, dont l'épaisseur peut être su- périeure à celle des viroles, peut avantageusement constituer une butée limitant l'engagement axial des viroles Selon le rapport entre la longueur axiale de l'âme 1 et des viroles, la moulure 13 peut être remplacée par deux épaulements ou deux cordons distants l'un de l'autre axialement. La moulure 5 peut venir directement de moulage ou, éven- tuellement, aussi être le résultat d'un refoulement de la couche superficielle de la matière constitutive de l'âme, dans le cas, par exemple, o les viroles 7 et 8 comportent un diamètre légèrement infé- rieur à celui de la surface périphérique de l'âme 1 Dans un tel cas, l'engagement des viroles 7 et 8 est facilité en prévoyant des chan- freins 14 et 15 au niveau des bords transversaux la et lb Ces chanfreins 14 et 15 sont orientés en pente montante selon le sens d'engagement et raccordent les bords transversaux à la surface péri- phérique concernée, en l'occurence la surface extérieure. L'exemple de construction donné ci-dessus concerne une bague collectrice destinée à être fixée sur l'arbre d'un rotor d'un appareil électrique tournant Dans certaines applications, il peut être prévu de fixer une telle bague collectrice au niveau de l'axe d'un stator central entouré par un rotor en forme de cage. La fig 4 montre une forme d'exécution selon laquelle la bague collectrice est réalisée pour être adaptée, non pas sur un axe ou un arbre, mais au niveau de la périphérie intérieure d'une cage tournante Dans un tel cas, les viroles 7 et 8 sont alors pré- vues pour être rapportées sur la face périphérique interne de l'âme 1 Dans un tel cas, les logements 2 et 3, de même conformation que celle décrite précédemment, sont ménagés pour déboucher par les ou- vertures 4 et 5 au niveau de la face périphérique interne de l'âme isolante 1. Dans les différents exemples donnés ci-dessus, la bague collectrice comprend deux viroles 7 et 8, possédant une mesure axiale sensiblement égale à la moitié de celle-de l'âme 1, déduction faite éventuellement de la moulure 13 Une réalisation différente peut être envisagée en utilisant des viroles 7 et 8, de mesure axiale notablement plus faible, pouvant être placées sensiblement à proxi- mité des bords transversaux la et lb ou, au contraire, être placées en éloignement par rapport à ces derniers d'une mesure identique, ou même différente, pour ce qui concerne les deux viroles. De même, il peut être prévu de réaliser une bague collec- trice comportant plus de deux viroles 7 et 8 Une construction à trois viroles collectrices fait alors intervenir une virole 7, dite extrême, une virole 8, dite centrale, et une troisième virole occu- pant la position homologue de la virole 7 par rapport à la virole 8. Dans un tel cas, les logements nécessaires à l'engagement des con- ducteurs sont décalés angulairement de 120 En outre, deux de ces logements sont prolongés par un trou 6 pour que l'ensemble des conducteurs fassent saillie à partir du même bord transversal. Dans la mesure o une telle obligation n'est pas à res- pecter, la virole homologue à la virole 7 fait intervenir des moyens de montage semblables à ceux de cette dernière. 17892 REVENDICATIONS I Bague collectrice pour appareils électriques du type tournant, comprenantune âme annulaire en matière isolante, au moins deux viroles conductrices recouvrant l'une des faces périphériques de l'âme en étant décalée axialement sans contact l'une avec l'autre et au moins deux conducteurs solidaires des viroles, incorporés à l'épaisseur de l'âme et faisant saillie axialement hors de l'une au moins des faces transversales de cette dernière, caractérisée en ce que: l'âme annulaire ( 1) présente dans son épaisseur au moins deux logements ( 2-3) de direction axiale, s'ouvrant au moins sur l'une des faces transver- sales de l'âme et débouchant au moins partielle- ment par une ouverture ( 4-5) sur l'une des faces périphériques de l'âme et en des zones diff&- rentes l'une de l'autre, les viroles conductrices ( 7-8) sont emmanchées et immobilisées sur l'âme et recouvrent chacune, au moins partiellement, l'ouverture d'un loge- ment, les conducteurs ( 9-10) sont engagés chacun dans l'un des logements. 2 Bague collectrice selon la revendication 1, caracté- risée en ce que les viroles ( 7-8) sont rapportées sur la surface périphérique extérieure de l'âme ( 1). 3 Bague collectrice selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les viroles ( 7-8) sont rapportées sur la surface péri- phérique intérieure de l'âme ( 1). 4 Bague collectrice selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les viroles ( 7-8) sont rapportées sur la face périphérique de l'âme ( 1) opposée à celle munie des moyens de liaison avec l'induit de l'appareil. Bague collectrice selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les viroles ( 7-8) sont rapportées sur la face périphérique de l'âme opposée à celle munie de moyens de 17892 liaison avec l'inducteur de l'appareil. 6 Bague collectrice selon l'une des revendications 1 à , caractérisée en ce que les viroles ( 7-8) -sont montées pour être situées chacune à proximité d'un des bords transversaux (la-lb) de l'âme annulaire ( 1). 7 Bague collectrice selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les viroles ( 7-8) recouvrent au moins par- tiellement les ouvertures ( 4-5) des logements ( 2-3) qui sont décalés angulairement d'une mesure correspondant à la division de la circon- férence de l'âme par le nombre de viroles. 8 Bague collectrice selon l'une des revendications I à 7, caractérisée en ce que les viroles ( 7-8) recouvrent au moins par- tiellement les ouvertures ( 4-5) des logements ( 2-3) dont l'un au moins est ménagé dans l'épaisseur de l'âme ( 1) à partir de l'un des bords transversaux (la) et dont l'autre est ménagé de la même façon à partir du second bord transversal (lb) et se trouve prolongé par un trou ( 6) délimité axialement dans l'épaisseur de l'âme pour s'ou- vrir au niveau du premier bord transversal (la). 9 Bague collectrice selon l'une des revendications I à 8, caractérisée en ce que les viroles ( 7-8) sont immobilisées sur l'âme par l'intermédiaire de picots ( 1-1-12) pénétrant dans la ma- tière constitutive de l'âme. Bague collectrice selon l'une des revendications I à 9,-caractérisée en ce que les viroles ( 7-8) sont séparées par un bourrelet ( 13) ou une moulure formée par l'âme isolante.