Brevet FR2679708A1 — publié le 19930129

-1- BALAI DE MISE AU MN"E POTENTIEL ELECTRIQUE D'UN ROTOR ET D'UN STATOR La présente invention concerne un balai de mise au même potentiel électrique de deux pièces, dont l'une, la pièce tournante, est animée d'un mouvement de rotation relatif par rapport à l'autre pièce, dite pièce fixe L'invention concerne également un contact électrique entre une pièce tournante et une pièce fixe qui comprend au moins un balai L'invention s'applique tout particulièrement à un enregistreur magnétique à têtes tournantes comprenant un stator et un rotor, le contact électrique entre ces deux pièces étant assuré par au moins un balai ou par ledit contact électrique. Plusieurs solutions existent déjà pour réaliser une connexion électrique entre deux pièces dont l'une est animée d'un mouvement de rotation par rapport à l'autre On peut par exemple utiliser une bille placée en contact avec l'axe du rotor, à l'une de ses extrémités, et avec le stator Cependant ce dispositif donne lieu à des interruptions brèves de contact électrique, appelées microcoupures, car la bille n'est en contact avec le rotor ou le stator que par une surface très faible (théoriquement par un seul point). On connait également un contact par cils qui permet de multiplier les points de contact et donc de diminuer les microcoupures Les cils de ce type de contact sont des fils métalliques réalisés en cuivre ou en bronze et de diamètre voisin de quelques -2- dixièmes de millimètres Chaque fil est en quelque sorte une lame de ressort assurant le contact entre le rotor et le stator Du fait de la rigidité de ces fils métalliques, leur nombre est relativement faible, généralement une dizaine Il se produit alors des microcoupures dues au fait que pendant des instants très brefs aucun fil n'est en contact avec la pièce tournante Il n'est cependant pas possible d'augmenter le nombre des fils pour pallier cet inconvénient car la force de contact du balai contre le stator serait trop importante et on assisterait à une usure rapide des fils et de la surface de contact du rotor avec les fils. Dans les moteurs tournants on utilise des balais à charbon à cause des courants relativement élevés circulant dans ces moteurs Les coupures de contact sont importantes et se traduisent généralement par des étincelles dues à la décharge électrique entre la surface de contact et le balai Cette solution n'est pas adaptée au faible courant. Il existe également des contacts électriques au mercure, lequel assure la liaison électrique entre le rotor et le stator Il y a cependant des problèmes d'étanchéité du réceptacle contenant le mercure et donc des risques de pollution de l'environnement Ce risque est d'autant plus grand que le rotor subit des accélérations importantes, ce qui est le cas par exemple pour les enregistreurs magnétiques à têtes tournantes. On remarquera enfin que les roulements à billes que l'on utilise généralement entre un stator et un rotor -3- ne peuvent être utilisés pour établir un bon contact électrique En effet, un film de lubrifiant se forme sur les billes en roulant, ce lubrifiant étant généralement électriquement isolant Il en est de même pour les paliers lisses: un film isolant de lubrifiant se forme entre les paliers. Les dispositifs de l'art antérieur présentent des inconvénients graves tels que l'apparition de microcoupures, l'usure prématurée des balais et des pièces en contact avec les balais ainsi que des risques de pollution de l'environnement Ces inconvénients les rendent inutilisables pour certaines applications, telles que pour assurer un bon contact électrique sans microcoupures entre le rotor et le stator d'un enregistreur magnétique à têtes tournantes L'invention concerne un balai qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et qui a notamment les qualités suivantes faible résistance ohmique (quelques ohms), absence de microcoupures, usure limitée, faible sensibilité aux variations des conditions climatiques et, absence de risque de pollution. Appliqué à un dispositif comprenant un rotor et stator, tel qu'un enregistreur magnétique à têtes tournantes, le contact électrique selon la présente invention est de plus très peu sensible aux imperfections géométriques du système tournant. -4 - Conformément à la présente invention, le balai de mise au même potentiel électrique d'une pièce tournante et d'une pièce fixe, est composé d'un paquet de fibres de carbone parallèles de petit diamètre. De façon avantageuse le balai comporte un tube dans lequel est logé le paquet de fibres de carbone, lequel dépasse légèrement du tube à son extrémité qui est destinée à venir en contact avec la pièce tournante Le tube est avantageusement un tube métallique bon conducteur électrique en contact avec la pièce fixe. A l'extrémité du paquet de fibres destinée à ne pas être en contact avec la pièce tournante, les fibres sont avantageusement fixées ensemble par collage. Un paquet comporte avantageusement au moins 5000 fibres de carbone, chacune d'elles ne dépassant pas microns de diamètre. L'invention se rapporte également à un contact électrique entre une pièce tournante et une pièce fixe qui comprend au moins un balai selon la présente invention, ledit balai étant fixé à l'une des pièces en assurant un bon contact électrique avec les fibres de carbone et l'une des deux extrémités du paquet des fibres étant en contact avec l'autre pièce. Le contact électrique comprend avantageusement trois balais localisés dans un même plan à 120 l'un par rapport à l'autre. L'invention s'applique tout particulièrement à un enregistreur magnétique à têtes tournantes comprenant un stator et un rotor, ce dernier supportant lesdites têtes tournantes, l'enregistreur magnétique comprenant au moins un balai ou un contact électrique pour mettre le rotor et le stator au même potentiel électrique Ce potentiel peut être le potentiel électrique du stator, qui est généralement le potentiel de la masse. L'invention s'applique également à la transmission de signaux électriques entre le rotor et le stator d'un enregistreur magnétique à têtes tournantes. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant un mode de réalisation se rapportant à un enregistreur magnétique de la tête tournante. La figure 1 représente en coupe une partie d'un tambour d'analyse d'un enregistreur magnétique à têtes tournantes comportant un rotor et un stator ainsi que le balai et le contact à plusieurs balais conformes à la présente invention. La figure 2 représente vu de dessus le contact électrique à 3 balais de la figure 1. La figure 3 est une coupe du contact électrique de la figure 2 selon les flèches AA. L'invention va être décrite dans le cadre d'une application intéressante qui se rapporte à la mise au même potentiel électrique du rotor et du stator d'un enregistreur magnétique à têtes tournantes. -6- L'enregistreur comporte un tambour d'analyse 10, appelé aussi "scanner", composé d'un cylindre fixe 12 d'axe longitudinal 14 formé d'un tambour supérieur 16 et un tambour inférieur 18 Ces tambours sont fixes et sont coaxiaux, ayant pour axe commun l'axe 14 Les deux tambours inférieur et supérieur sont fixés ensemble par des moyens non représentés Le tambour d'analyse comporte également un plateau tournant 20 supportant des têtes magnétiques Ce plateau a sensiblement la forme d'un disque ayant un axe de rotation confondu avec l'axe longitudinal 14 du cylindre 12 Des têtes magnétiques 22, généralement au nombre de 4, sont fixées à intervalles réguliers à la périphérie du plateau tournant 20 et positionnées dans une fente 24 laquelle est constituée par l'espace laissé libre entre les deux tambours 16 et 18 Une bande magnétique, non représentée, peut se déplacer devant la fente 24 et donc devant les têtes magnétiques 22 pour la lecture et/ou l'écriture d'information sur la bande Le plateau tournant 20 est muni d'un arbre 26, d'axe longitudinal confondu avec l'axe 14 et le tambour d'analyse de la figure 1 comporte également des moyens non représentés pour la mise en rotation de cet arbre et donc du plateau tournant L'axe de rotation 26 est fixé dans une pièce 28 par l'intermédiaire de roulements à billes La pièce de fixation 28 est fixe et solidaire du tambour inférieur 18. On remarque que, schématiquement, le tambour d'analyse est constitué d'un stator qui n'est autre que le cylindre fixe 12 et d'un rotor qui n'est autre que le plateau tournant 20 avec son arbre de rotation 26 Les signaux électriques issus des têtes magnétiques 22 doivent être acheminés jusqu'au -7- stator Ces signaux peuvent être de très faible amplitude, aussi faible qu'un microvolt environ, il est impératif que le rotor et le stator soient à un même potentiel électrique Ce potentiel électrique peut être par exemple le potentiel de masse La rotation rapide du plateau tournant engendre des charges électrostatiques qu'il est nécessaire de collecter et d'évacuer efficacement à la masse de l'enregistreur Pour ce faire, le plateau tournant 20 comporte un collecteur 32 ayant une surface cylindrique lisse 33 Ce collecteur est réalisé en laiton doré, centré à 0,02 mm près par rapport à l'axe 14 Le contact électrique entre le stator et le collecteur 32 est assuré par 3 balais identiques 34 localisés dans un même plan perpendiculaire à l'axe de rotation 14 et à 120 l'un par rapport à l'autre. Les balais 34 sont fixés sur un support 36 lequel est fixé au cylindre 16 à l'aide de trois vis 38 par l'intermédiaire d'une partie électriquement isolante 40 Chaque balai 34 est formé d'un paquet de fibres de carbone venant frotter par leurs extrémités 42 sur la paroi lisse 33 du connecteur 32 Ce paquet de fibres est constitué de plusieurs milliers de fibres parallèles serti dans un tube métallique 44 et dépassant de celui-ci de quelques millimètres de sorte que les fibres soient en contact avec la surface lisse du collecteur La grande quantité de fibre dans un paquet permet un contact sans microcoupure, le contact étant toujours assuré par un nombre suffisant de fibres Le nombre de fibres est avantageusement supérieur ou égal à 5000 -Il est de préférence de l'ordre de 10000 à 15000 Chaque fibre étant très fine, d'un diamètre inférieur ou égal à 15 microns et de préférence voisin de 6 à 8 microns, la pression de contact des fibres est faible Il en -8- résulte une faible usure des fibres et du collecteur 32 Le dépassement des fibres du tube métallique 44 à l'extrémité 42 du paquet de fibres est de l'ordre de 2 millimètres A son autre extrémité 64, les fibres sont arrêtées par collage avec par exemple une colle polymérisant aux rayons ultraviolets. En se reportant à la figure 2 qui est une vue de dessus du contact électrique entre le rotor et le stator, on note que le support 36 supportant les balais 34 est muni de trois logements 46 dans lesquels sont fixés les balais 34 par l'intermédiaire d'une vis de réglage 48 Les extrémités 42 des fibres de carbone sont localisées sur un cercle 50 de diamètre 2,5 millimètres La partie lisse 33 du collecteur 32 en contact avec les fibres de carbone a un diamètre de 3 millimètres Il en résulte une application de l'extrémité des fibres d'environ 0,25 millimètre contre la surface lisse du collecteur 32. Les tubes métalliques 44 des balais sont fixés sur le support -36 en assurant un bon contact électrique Ce support 36 est métallique Une cosse de connexion électrique 52 est fixée au plateau 36 à l'aide d'une vis 54 Un fil électrique 56 (voir figure 1) relie la cosse 52 à un circuit imprimé 58 fixé à un socle 60 lequel est maintenu au cylindre 16 à l'aide d'une vis 62 Il en résulte que les fibres de carbone sont reliées électriquement au circuit 58 Ce circuit peut être simplement connecté à un potentiel de référence, tel que le potentiel de masse, ou alors être utilisé pour le passage de signaux électriques entre le collecteur 32 et une autre pièce de l'enregistreur magnétique reliée électriquement au circuit imprimé 58 Le balai ou le contact électrique selon -9- l'invention peut donc aussi être utilisée pour la transmission de signaux électriques entre un rotor et un stator. On peut remarquer que le tube métallique 44 des balais 34 assure à la fois le maintien du paquet de fibres et le contact électrique entre les fibres et le support 36 Le tube 44 pourrait ne pas être en un matériau conducteur et dans ce cas la connexion électrique entre les fibres et le support 36 pourrait se faire par tout moyen approprié, tel que par un fil en contact avec les fibres et soudé au support 36. D'autres moyens qu'un tube peuvent être utilisés pour maintenir les fibres entre elles. La figure 3 représente le contact électrique de la figure 2 en coupe selon les flèches AA Les éléments communs aux figures 1, 2, 3 portent les mêmes numéros de référence On voit ainsi sur la figure 3 deux des trois balais 34 comportant chacun un paquet de fibres de carbone dont une extrémité 42 est destinée à être en contact avec la paroi lisse 33 du collecteur 32, l'autre extrémité 64 des fibres de carbone étant maintenues entre elles par collage Le paquet de fibres de carbone est serti dans le tube métallique 44. Des expériences réalisées à partir du montage des figures 1 à 3 ont montré l'absence de microcoupures de durée supérieure à 1 nanoseconde La valeur moyenne de la résistance de contact des -fibres de carbone sur le collecteur 32 a été mesurée à environ 0,5 Ohm Cette résistance de contact ne varie pas de façon significative dans une plage de température de -10- 0 à 70 Celsius et dans une plage de degrés hygrométriques variant de O à 100. -11- REVENDICATIONS 1 Balai de mise au même potentiel électrique de deux pièces dont l'une, la pièce tournante ( 20), est animée d'un mouvement de rotation relatif par rapport à l'autre pièce, dite pièce fixe ( 12), caractérisé en ce qu'il comprend un paquet ( 34) de fibres de carbone parallèles de petit diamètre dont l'une ( 42) des deux extrémités est destinée à venir en contact avec ladite pièce tournante. 2 Balai selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un tube ( 44) dans lequel est logé ledit paquet de fibres lequel dépasse légèrement dudit tube à son extrémité ( 42) destinée à venir en contact avec ladite pièce tournante ( 20). 3 Balai selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit tube ( 44) est un tube métallique, bon conducteur électrique. 4 Balai selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que ledit paquet de fibre est fixé dans ledit tube par sertissage. Balai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les fibres de carbone de l'autre extrémité ( 64) du paquet destinée à ne pas être en contact avec ladite pièce tournante sont fixées ensemble par collage. 6 Balai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit paquet ( 34) comprend au moins 5 000 fibres de carbone. -12- 7 Balai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites fibres de carbone ont un diamètre inférieur ou égal à 15 microns. 8 Contact électrique entre une pièce tournante ( 20) et une pièce fixe ( 12) caractérisé en ce qu'il comprend au moins un balai ( 34) tel que revendiqué à l'une des revendications précédentes, ledit balai étant fixé à l'une desdites pièces en assurant un bon contact électrique avec les fibres de carbone et l'une des deux extrémités du paquet de fibres étant en contact avec l'autre pièce. 9 Contact électrique selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comprend trois balais ( 34) disposés dans un même plan à 120 degrés l'un par rapport à l'autre. 10 Application du balai ou du contact électrique défini à l'une des revendications précédentes à un enregistreur magnétique à têtes tournantes ( 22) comprenant un stator ( 12) et un rotor ( 20), ce dernier supportant lesdites têtes tournantes, l'enregistreur magnétique comprenant au moins un balai ( 34) ou un contact électrique pour mettre ledit rotor et ledit stator au même potentiel électrique. 11 Application selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit potentiel électrique est le potentiel électrique du stator ou tout autre potentiel de référence. k e -13- 12 Application du balai ou du contact électrique défini à l'une des revendications précédentes à un enregistreur magnétique à têtes tournantes ( 22) comprenant un stator ( 12) et un rotor ( 20), ce dernier supportant lesdites têtes tournantes, l'enregistreur magnétique comprenant au moins un balai ( 34) ou un contact électrique pour transmettre des signaux électriques entre le rotor et le stator.