Brevet FR2692409A1 — publié le 19931217

L'invention concerne un dispositif de détection d'usure des balais de moteur a courant continu ou redressé. La recherche de la fiabilité des équipements électromécaniques conduit les fabricants a chercher a connattre notamment l'état des pièces d'usure sans avoir a faire intervenir du personnel spécialise7 pour en effectuer le contrtle; êe lorsque le controle visuel direct est possible7 un utilisateur n'a pas forcément la compétence pour juger de lwétat d'usure de la pièce. Les moteurs a courant continu ou redressé7 comportent sur lwinduit un collecteur formé de lames de cuivre isolées entre elles7 disposées sur une surface cylindrique de manière a ce que leur direction soit parallèle aux génératrices du cylindre; elles sont alimentées en courant électrique par des balais comprenant une première partie massive conductrice dont la forme est généralement cylindrique allongée7 et de section de forme convexe variée7 par exemple, carrée7 ou rectangulaire7 ou circulaire et dont lvextrémité en contact avec le collecteur en épouse la forme; l'autre extrémité est reliée a une tresse de cuivre autour de laquelle est enfilé un ressort fonctionnant en compression prenant appui dVune part sur la partie cylindrique massive du balai et d'autre part sur une butée7 sur laquelle est fixée la tresser qui comporte aussi un dispositif permettant d'assurer un bon contact électrique entre la balai et le circuit d'alimentation en électricité de l'induit. Le balai est placé dans un conduit de section7 de forme sensiblement identique a celle de la partie cylindrique massive du balai7 ajustée pour permettre d'une part un bon coulissement de la partie cylindrique massive tout en évitant un jeu excessif qui provoquerait des vibrations; le profil est prévu pour permettre aussi le guidage du ressort dans ce conduit; le ressort est préalablement comprimé lorsqu'on met en place le balai dans son logement et il se détend au fur et a mesure de l'usure de la partie cylindrique massive du balai et maintient en contact cette dernière avec le collecteur. Lorsque la partie cylindrique massive du balai est usée, la longueur de guidage devient insuffisante, et elle se met a vibrer; il peut se produire alors des étincelles qui détériorent le collecteur; Les balais sont généralement a base carbone et de cuivre en proportion variable de manière a assurer un glissement lubrifié sur le collecteur et éviter ainsi l'usure; mais lorsque le balai est usé, l'extrémité de la tresse, ancrée dans la partie cylindrique massive balai, peut venir en contact avec le collecteur et le détériorer; la détérioration peut provoquer un changement des conditions de fonctionnement pouvant entratner, notamment lorsqu'il s'agit par exemple d'appareillage de laboratoire, une dérive non contrtlée des mesures effectuées. Les moteurs a démarrage rotorique comportent aussi des balais qui s'appuient sur des bagues annulaires continues et qui peuvent aussi relever de la présente invention; tout ce que nous décrirons ci-dessous peut s'appliquer au cas du moteur a démarrage rotorique dans la mesure où il utilise des balais; la présente invention peut aussi s' appliquer a tout système où il y a passage par contact d'électricité d'un ensemble fixe vers un ensemble tournant; nous décrirons le cas du moteur a courant continu, étant entendu que les autres applications font partie du cadre de l'invention, dans la description nousconsidérerons que la partie massive cylindrique du balai est de forme parallèlépipédique en carbone, mais toutes les explications peuvent s'appliquer indifféremment aux autres formes et composition utilisées. L'objet de l'invention est d'apporter une solution au problème du contre de l'usure des balais, afin d'obtenir, notamment dans le domaine de l'appareillage électrique de laboratoire, une connaissance précise des conditio-ns de fonctionnement des appareils afin de pouvoir garantir la fiabilité des résultats expérimentaux obtenus. La Fig.1 représente le dispositif de détection d'usure de balai selon l'invention en vue perspective éclatée. La Fig.2 représente un balai muni d'un élément selon une version préférée de l'invention permettant la détection d'usure. La Fig.3 représente un détail du me balai muni d'un élément permettant la détexction selon une variante de l'invention. La Fig.4 représente en vue éclatée une variante du dispositif de détection d'usure du balai selon l'invention. L'invention consiste a associer au balai Fig.1 un élément (1), présentant des caractéristiques ferromagnétiques, ayant une position sensiblement constante par rapport a la partie parallèlépipédique en carbone (e) du balai et un détecteur de proximité (3), convenablement placé, capable de déclencher un signal a l'approche de l'élément (1) a caractéristiques ferromagnétiques; le détecteur de proximité (3) est placé a proximité du dispositif de guidage (4) de la partie parallèlépipédique en carbone (E); lorsque la partie parallèlépipédique en carbone (2) du balai s'use, le balai coulisse dans le dispositif de guidage (4 > , dans la direction de la flèche (5), de manière a ce que lorsque le niveau d'usure toléré est atteint, l'élément (1) a caractéristiques ferromagnétiques se soit suffisamment rapproché de l'extrémité du détecteur de proximité (3 > pour le faire réagir. Une alarme est alors déclenchée et prévient l'utilisateur que, par exemple, il lui reste 25 heures de fonctionnement avant le début de la détérioration du collecteur (6). Dans une variante de l'invention, l'élément a caractéristiques ferromagnétiques (8) Fig.3 peut etre encastré dans la partie parallèlépipédique en carbone (7) mais c' est une solution relativement difficile a mettre en oeuvre et qui comporte des risques si le balai n'est pas monté en tenant compte de la position de l'élément a caractéristiques ferromagnétiques (8). Le détecteur de proximité (3) Fig.1 est de préférence situé dans une cavité (9) débouchant dans le dispositif de guidage (4 > ; l'optimisation de sa position par rapport au collecteur (6) est réalisée expérimentalement; lorsque le détecteur de proximité (3) est constitué, par exemple, d'une bobine, sensible a la variation de la perméabilité magnétique, la tette du ressort (10) peut parfois constituer une masse suffisante susceptible d'entre détectée par le détecteur de proximité (3); dans une version préférée de l'invention7 on glisse entre l'extrémité C11) Fig.2 du ressort (10) et la partie parallèlépipédique en carbone (2 > , une bague (12) ayant, par exemple, une forme cylindrique de révolution, constituant l'élément a caractéristiques ferromagnétiques7 comportant une fente (13 > mettant en communication la partie extérieure (17) et la partie intérieure (19) de la bague (12) pour permettre a la tresse (14) de pénétrer a l'intérieur de la bague (12 > ; le diamètre extérieur (15) de la bague (12) est sensiblement égal au diamètre extérieur (16) du ressort (10) dans la partie extérieure (17) en contact avec la partie parallèlépipédique en carbone (2) tandis que la partie (18) en contact avec le ressort (10) est d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du ressort (10) pour permettre a la bague (12) d'y pénétrera de manière a ce que la tete (11) ressort (10) vienne en appui contre la partie (17) de la bague (12 > ; le ressort C10) applique la bague (1Z) sur la partie parallèlépipédique en carbone (2), de manière a la verrouiller dans sa position; l'axe de la bague (12) et celui du ressort (10) sont sensiblement alignés pour faciliter le glissement de l'ensemble dans le dispositif de guidage (4) Fig.1 de la partie parallèlépipédique en carbone (2); l'avantage d'une telle bague (12) Fig.2 est de s'adapter directement sur des balais standards; la forme que nous venons de décrire, a titre d'exemple, permettant d'associer au balai, un élément a caractéristiques ferromagnétiques n'est pas la seule possible et ne constitue pas un élément limitatif de l'invention; l'élément a caractéristiques ferromagnétiques (1 > fig.1 est de préférence en fer doux, dans le cas où le détecteur de proximité (3) est sensible a la variation de la perméabilité magnétique, mais l'expérience montre que d'autres matériaux conviennent tels que l'aluminium; il suffit de faire un essai préalable. Dans une autre version de l'invention le détecteur de proximité peut etre constitué d'une ampoule (21) Fig.4 contenant un contact (2Z) qui se ferme sous l'action d'un champ magnétique; l'élément a caractéristiques ferromagnétiques est constitué d'une ferrite aimantée (23) qui est soit encastrée dans la partie parallèlépipédique en carbone Fig.3 soit placée, comme nous l'avons précédemment décrit, en tête de ressort C24) Fig.4; dans ce cas on peut préférer placer l'ampoule (21 > , contenant le contact électrique (22), dans un logement (25 > parallèle a l'axe du dispositif de guidage (26) sans qu'il y ait de communication directe; cela suppose évidemment que le bloc (27) dans lequel sont réalisés le logement (25) et le dispositif de guidage (26) n'a pas de caractéristiques ferromagnétiques notables7 et que les champs magnétiques parasites restent faibles. Dans une variante de l'invention l'ampoule peut etre replacée par un capteur a effet "Hall". Le logement de l'élément de détection peut etre usiné a postériori dans le bloc (20) Fig.1 ou (27) Fig.3 comportant le dispositif de guidage (4) ou (26) de la partie parallèlépipédique en carbone (2) sur des moteurs a courant continu ou redressé en provenant du commerce. Il est bien évident que le détecteur de proximité (3) suivant les caractéristiques des matériaux employés doit éventuellement etre placé dans une gaine (28) Fig.1 isolée électriquement du bloc (20) comportant le dispositif de guidage (4). Pour contrer l'usure des balais d'un moteur il suffit généralement de contrer l'usure d'un des deux balais lorsque le moteur est utilisé dans un seul sens de rotation, parce qu'il est connu qu'un des balais s'use plus vite que l'autre; le contrôle est a effectuer sur le balai qui s'use le plus vite; si les deux sens de rotation sont indifféremment utilisés les différences d'usure se compensent et un seul contrtle est nécessaire; cette fanon de procéder implique bien sûr que l'on change la totalité des balais dès qu'un de ceux-ci atteint un niveau d'usure nécessitant son changement. Le meme dispositif, objet de l'invention, peut entre appliqué a d'autres installations chaque fois que l'emploi des balais s'avère nécessaire pour transmettre de l'énergie entre une partie tournante et une partie fixe. Revendications -1-Dispositif de détection d'usure de balai caractérisé en ce qu'il est constitué d'un élément a propriétés ferromagnétiques (1) ayant une position sensiblement fixe par rapport a la partie (2) massive cylindrique du balai et coulissant avec elle, dans le dispositif de guidage (4), lorsqu'elle s'use, et d'un détecteur de proximité placé au voisinage du dispositif de guidage (4) capable de détecter l'approche de l'élément a caractéristiques ferromagnétiques (), lorsque le niveau d'usure toléré est atteint, et de déclencher une alarme. 2-Dispositif de détection d'usure, suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément a propriétés ferromagnétiques (1) est constitué d'une bague fendue (12) r pouvant etre fiée au balai sans aucun démontage, pour permettre le passage de la tresse (14), placée entre la tette ( du ressort (10) et l'extrémité de la partie cylindrique massive (2) du balai. A-Dispositif de détection d'usure, suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que la bague (12) comporte une partie (18) s'encastrant a l'intérieur du ressort (10) pour verrouiller sa position et en faciliter le guidage. 4-Dispositif de détection, suivant la première revendication, caractérisé en ce que l'élément a propriétés ferromagnétiques est encastré dans la partie cylindrique massive du balai. 5-Dispositif de détection d'usure de balai, suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément a caractéristiques ferromagnétiques est en fer doux ou en aluminium. 6-Dispositif de détection d'usure de balai, suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le détecteur de proximité est une bobine sensible a la variation de perméabilité du champ magnétique. 7-Dispositif de détection d'usure de balai, suivant les revendications 1 a 4, caractérisé en ce que l'élément a propriétés ferromagnétiques est constitué d'un aimant agissant sur une ampoule (21) contenant un contact (22) qui se ferme sous l'action du champ magnétique ou sur un contacteur a effet "Hall".