Brevet FR2717012A1 — publié le 19950908

La présente invention concerne des machines dynamoélectriques possédant des collecteurs et des balais, et plus particulièrement des moteurs et générateurs électriques à courant continu, et a trait aux caractéris- tiques de conception de balais utilisés dans de telles machines. Des machines classiques utilisent des balais du type à noyaux, dans lesquels les noyaux contiennent un matériau lubrifiant comme par exemple du bisulfure de molybdène, qui ne peut pas être ajouté au matériau du balai pendant la fabrication de ce dernier, en raison des températures extrêmement élevées de traitement. Les noyaux s'étendent perpendiculairement au plan en coupe transver- sale, qui est perpendiculaire aux côtés du balai. Ces balais s'étendent par conséquent dans un plan qui est essentiellement parallèle à la direction dans laquelle les balais se déplacent en direction du collecteur lorsqu'ils s'usent. Lorsque le balai circule sur la surface du collecteur et que le matériau du noyau est réparti sur le collecteur de manière à réaliser une lubrification lorsque le balai s'use, il apparaît une pellicule sur la surface extérieure du collecteur. Cette pellicule possède un caractère abrasif en fonction du matériau du balai, du matériau du noyau, du matériau du collecteur et des conditions ambiantes. Dans certaines conditions, la pellicule, qui apparaît au-dessous du noyau dans le balai, est plus abrasive pour la surface du collecteur, que ne l'est la pellicule qui apparaît au-dessous du reste du balai. Cette différence de caractère abrasif peut entraîner une usure non uniforme de la surface du collecteur. Cette usure non uniforme du collecteur peut affecter la maintenance et la performance du moteur. Lorsque le collecteur s'use d'une manière non uniforme, il est souvent nécessaire de resurfacer le collecteur lors du remplacement des balais, de manière à obtenir un contact effectif entre les balais et le collecteur et conserver un courant de fonctionnement correct du moteur. La présente invention résout les problèmes de l'art antérieur et fournit d'autres avantages, qui n'ont pas été obtenus jusqu'alors. Conformément à la présente invention, les noyaux situés dans le balai sont disposés dans des plans essentiellement parallèles, qui font un angle aigu par rapport à la direction dans laquelle les balais se déplacent en direction du collecteur, lorsqu'ils s'usent. Par conséquent, les noyaux du balai s'étendent en faisant un certain angle par rapport au plan de coupe transversal normal qui est perpendiculaire aux côtés du balai. En d'autres termes, les noyaux du balai sont disposés de telle sorte qu'ils ne sont pas parallèles aux côtés des balais, mais, au lieu de cela, sont inclinés. Lorsque le balai s'use, la position des noyaux par rapport à la surface extérieure du collecteur varie, ce qui empêche un positionnement constant des noyaux par rapport à la surface du collecteur et réduit ou empêche une usure non uniforme du collecteur, quelquefois désignée sous le terme "rainurage", qui apparaît lorsque les noyaux conservent une position fixe par rapport à la surface du collecteur lorsque le balai s'use. En positionnant les noyaux sous un certain angle, le matériau des noyaux est réparti d'une manière plus uniforme sur l'ensemble de la surface d'usure du collecteur, lorsque le balai s'use. Il en résulte que le matériau plus abrasif, qui est considéré comme étant le matériau pour noyaux, est réparti de façon plus uniforme sur l'ensemble de la surface du collecteur, ce qui permet d'obtenir une usure plus uniforme du collecteur. Par conséquent, la présente invention réduit ou supprime l'usure non uniforme du collecteur ou le "rainurage", associée aux balais de l'art antérieur. De même la présente invention réduit ou supprime la nécessité de resurfacer le collecteur lorsqu'on remplace le balai. En outre, l'agencement selon l'invention réduit le temps nécessaire pour positionner correctement les balais dans le collecteur, et permet d'obtenir une durée de vie accrue du collecteur et des balais. Ces avantages et d'autres avantages sont fournis par la présente invention qui porte sur une machine dynamoélectrique qui comporte un collecteur rotatif possédant une surface extérieure cylindrique. Un balai apte à s'user est monté au voisinage du collecteur. Le balai comporte une pluralité de noyaux parallèles, dans une première direction. Les noyaux sont réalisés en un matériau pour noyaux. Le balai est repoussé en contact avec le collecteur. Le balai se déplace dans une seconde direction pour être en contact avec le collecteur lorsque le balai s'use. La première direction, dans laquelle les noyaux sont disposés, fait un angle aigu par rapport à la seconde direction. La position des noyaux varie par rapport au collecteur lorsque le balai se déplace dans la seconde direction pour appliquer le matériau des balais sur le collecteur, en différents emplacements lorsque le balai s'use. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une machine dynamoélectrique selon la présente invention, qui comporte les balais selon la présente invention; - la figure 2 est une vue de bout en élévation, en coupe partielle, de machine dynamoélectrique de la figure 1; - la figure 3 est une vue en élévation et en bout du balai de la machine dynamoélectrique de la figure 2, qui est retiré de la machine; - la figure 4 est une vue en élévation latérale d'une conception de balai de l'art antérieur; - la figure 5 est une vue en élévation latérale, semblable à la figure 4, du balai de la figure 3, conformément à une coupe prise suivant la ligne 5-5 sur la figure 3; et - la figure 6 montre une autre vue en coupe transversale du balai de la figure 3, prise suivant la ligne 6-6 sur la figure 3. En se référant plus particulièrement aux dessins et tout d'abord aux figures 1 et 2, on y voit représentée une machine dynamoélectrique typique, se présentant sous la forme d'un moteur électrique classique à courant continu , qui a été modifié pour inclure le perfectionnement selon la présente invention. Le moteur 10 possède une carcasse extérieure 11 comprenant un ensemble de blindage d'extrémité 12 et un ensemble de support 13. Un arbre 14 est monté en position centrée de manière à tourner, en étant supporté par des ensembles de paliers 15 et 16 situés respectivement au voisinage de l'ensemble de blindage 12 et de l'ensemble de support 13. L'arbre 14 possède une liaison motrice 17 à une extrémité et un ventilateur 18 à son autre extrémité. Dans la carcasse 11 est monté un ensemble inducteur ou ensemble formant stator 19 qui comprend un noyau feuilleté de stator 20 supportant une pluralité d'enroulements 21. Les enroulements statoriques 21 sont raccordés à une borne 22 de l'enroulement statorique par l'intermédiaire de laquelle le courant pénètre dans le moteur 10 au moyen de connexions appropriées jusqu'à un bloc à borne 23 monté à l'extérieur de la carcasse 11. Un induit 26 est supporté par l'arbre rotatif 14. L'induit 26 comprend un noyau feuilleté 27 et une pluralité d'enroulements d'induit 28. Un collecteur 29 est supporté par une extrémité de l'arbre 14 et est raccordé aux enroulements d'induit 28 par l'intermédiaire de montants 30 du collecteur. Des ensembles formant balais de contact électrique 31 sont supportés de manière à établir un contact avec le collecteur 29. Chacun des ensembles à balais 31 comprend un balai 32 habituellement formé d'une composition de carbone et qui est retenu dans un porte- balai 33 habituellement réalisé en acier inoxydable ou un autre matériau semblable. Chacun des balais 32 comprend des noyaux 52 disposés angulairement, qui sont réalisés en un matériau lubrifiant tel que du bisulfure de molybdène. Le matériau pour noyau est réalisé sous la forme d'un noyau étant donné qu'on ne peut pas l'ajouter pendant la fabrication du balai en raison de températures extrêmement élevées de traitement. Le matériau pour balais est réparti sur le collecteur de manière à réaliser une lubrification lorsque le balai s'use. Dans la forme de réalisation représentée, le moteur 10 est un dispositif quadripolaire comprenant deux couples d'ensembles de balais 31. Chaque porte-balai 33 entoure et supporte le balai 32, ce dernier s'étendant légèrement au-delà du bord inférieur du porte-balai de sorte que le porte-balai ne frotte pas contre le collecteur 29. Le porte-balai 33 possède, à une extrémité, un ensemble formant bride 36 servant à fixer le porte-balai à l'ensemble de support 13. Des ressorts 37 du balai, qui s'étendent le long du porte- balai 33, s'appliquent contre le balai au niveau de l'appui pour ressorts 38 (figure 3) et repoussent le balai 32 radialement vers l'intérieur, en direction du collecteur 29 de manière à maintenir un contact constant avec le collecteur 29, lorsque le balai s'use. Pour former le trajet de courant en direction et en provenance des balais, à chaque ensemble à balai 31 est fixé un shunt ou un flexible 38 possédant une borne 39 à son extrémité. Les flexibles 38, qui sont habituellement formés par une tresse de cuivre, établissent une liaison électrique avec les enroulements statoriques 21 par l'intermédiaire d'un conducteur 40 à partir de la borne 22 de l'enroulement statorique. La jonction 41, au niveau de laquelle la borne 39 du flexible est raccordée au conducteur statorique 40, est habituellement supportée par une bride 42 formée le long du côté du porte-balai 33 à l'opposé des ressorts 37 du balai, et est fixée par des moyens tels qu'une vis et un écrou. Chacun des balais 32 est en contact avec le collecteur 29 de manière à établir la connexion électrique pour faire fonctionner le moteur. Ce contact est obtenu approximativement dans un plan de coupe transversal, qui est perpendiculaire aux côtés du balai 32. Plus précisément, le contact est établi le long d'une surface courbe à proximité de ce plan de coupe transversal, la surface courbe représentant de façon approximative la surface courbe extérieure du collecteur 29. Lorsque le balai 32 s'use, il est repoussé radialement vers le collec- teur 29 par les ressorts 37. Cependant, la surface de contact reste la même lorsque le balai s'use, et cette surface de contact reste la surface courbe, qui est très proche du plan de coupe transversale perpendiculaire aux côtés du balai 32. Sur la figure 3 le balai 32 de la machine de la figure 2 est représenté retiré du moteur. Le balai 32 est formé par un couple de pastilles de carbone 45 et 46. Les pastilles de carbone 45 et 46 sont disposées l'une par rapport à l'autre selon une disposition dos-à-dos. Un trou de liaison 47 traverse le balai 32 et est utilisé pour la mise en place d'un rivet (non représenté), qui relie électriquement le balai à un collecteur électrique (non représenté) formé à la partie supérieure des pastilles en carbone 45 et 46. Le collecteur comporte le flexible 38, qui est raccordé au balai au niveau de l'appui 48 pour ressort et qui s'étend depuis le balai jusqu'à la borne 39. La partie inférieure de chacune des pastilles contient une pluralité de noyaux parallèles 52, uniformément espacés, formés du matériau lubrifiant pour noyaux. Conformément à un agencement classique de l'art antérieur tel que représenté sur la figure 4, les noyaux 52a s'étendent dans des plans longitudinaux, qui s'étendent le long du balai 32a et sont parallèles au côté du balai. Lorsque le balai 32a s'use, les noyaux 52a restent essentiellement dans la même position par rapport à la surface extérieure du collecteur 29. Lorsque le balai 32a chevauche la surface du collecteur, une pellicule mince apparaît sur la surface des collecteurs. Cette pellicule est formée par les matériaux du balai du collecteur et présente un certain degré abrasif en fonction du matériau du balai, du matériau du noyau et du matériau du collecteur, et des conditions ambiantes. Dans certaines conditions, la pellicule, qui apparaît au- dessous du noyau 52a du balai, peut être plus abrasive pour le collecteur 29 que la pellicule qui apparaît au-dessous du reste de la surface du balai 32a. Cette différence de caractère d'abrasion peut conduire à une usure non uniforme le long de la surface extérieure du collecteur 29. Conformément à la présente invention, comme représenté sur la figure 5, les noyaux 52 du balai sont disposés dans des plans qui font un angle par rapport aux côtés du balai 32. De façon analogue, les noyaux 52 sont disposés dans des plans qui font un angle par rapport au plan de coupe transversal du balai 32, qui est perpendiculaire aux côtés du balai. Le balai 32 est en contact avec le collecteur 29 dans son plan de coupe transversal, et par conséquent le balai s'use le long de ce plan. Lorsque le balai 32 s'use, la position du noyau 52 par rapport à la surface du collecteur 29 se déplace. Le matériau pour noyaux est par conséquent réparti d'une manière plus uniforme sur l'ensemble de la surface d'usure du collecteur 29, lorsque le balai s'use. Étant donné que le balai 32 est monté de telle sorte que le balai s'étend dans sa longueur le long d'un rayon du collecteur 29 et étant donné que le balai est repoussé vers le collecteur dans une direction m qui est radiale par rapport au collecteur et longitudinale par rapport au balai, ce dernier se déplace dans cette direction m lorsqu'il s'use. Les noyaux sont disposés dans des plans qui s'étendent dans une direction c, et la direction c fait un angle aigu par rapport à la direction m de déplacement du balai de sorte que lorsque le balai s'use, la position des noyaux varie par rapport au collecteur et le matériau pour noyau se dépose sur le collecteur en différents emplacements. L'angle a entre la direction c, dans laquelle les noyaux 52 s'étendent, et la direction m de déplacement du balai 32 lorsqu'il s'use, doit être suffisamment différent de 0 pour fournir une variation importante de position du noyau par rapport à la surface extérieure du collecteur 29 lorsque le balai s'use. De préférence, l'angle précis a entre la direction c des noyaux 52 et la direction m du déplacement des balais est compris entre 15 et 45'. L'angle a représenté sur les figures 5 et 6 est égal approximativement à 30 . De façon analogue, la direction dans laquelle les noyaux 52 font un angle aigu par rapport au plan perpendi- culaire aux côtés du balai et cet angle aigu doit être compris de préférence entre 75 et 45, avec un angle de 60' représenté sur les figures 5 et 6. En positionnant les noyaux 52 sous un certain angle, le matériau plus abrasif, qui est utilisé comme matériau pour noyau, est réparti d'une manière plus uniforme sur l'ensemble de la surface du collecteur, ce qui conduit à une usure plus uniforme du collecteur. Bien que l'invention ait été représentée et décrite en référence à une forme de réalisation particulière, ceci est utilisé uniquement dans un but d'illustration et sans aucun caractère limitatif, et d'autres changements et modifications de la forme de réalisation spécifique ici décrite et représentée, telles qu'elles apparaîtront aux spécialistes de la technique, sont censés entrer dans le cadre de la présente invention. Par conséquent, l'invention n'est pas limitée ni dans sa portée ni dans ses effets à la forme de réalisation spécifique ici représentée et décrite, ni d'une quelconque autre manière. REVENDICATIONS 1. Machine dynamoélectrique, caractérisée en ce qu'elle comporte: un collecteur rotatif (29) possédant une surface extérieure cylindrique; un balai (32) pouvant s'user, monté au voisinage du collecteur, ce balai (32) comprenant une pluralité de noyaux (5Z) parallèles entre eux, s'étendant dans une première direction et constitués en un matériau pour noyaux; des moyens pour repousser le balai (32) en con- tact avec le collecteur (29); et des moyens (37) pour permettre le déplacement du balai (32) dans une seconde direction, pour qu'il soit en contact avec le collecteur (29) lorsque le balai s'use, la première direction, dans laquelle les noyaux (50,52) sont disposés, faisant un angle aigu avec la seconde direction, et la position des noyaux (50,52) variant par rapport au collecteur (29) lorsque le balai (32) se déplace dans la seconde direction, pour appliquer le matériau pour noyaux sur le collecteur en différents emplacements lorsque le balai s'use. 2. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que l'angle aigu est compris entre 15 et 45 . 3. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que l'angle aigu est égal à environ 30 . 4. Machine dynamoélectrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un collecteur rotatif (29) possédant une surface extérieure cylindrique; et un balai (32) pouvant s'user comportant des côtés et des extrémités, un plan de coupe transversal étant défini à une extrémité du balai perpendiculairement aux côtés de ce dernier, le balai (32) étant en contact avec la surface extérieure du collecteur (29) à proximité du plan de coupe transversal, et le balai comportant une pluralité de noyaux (50) parallèles, réalisés en un matériau pour noyaux, et les noyaux (50) s'étendant dans une direction qui fait un angle aigu par rapport au plan de coupe transversal, le matériau des noyaux s'appliquant sur le collecteur (29) en des emplacements différents lorsque le balai s'use. 5. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que l'angle aigu entre la direction, dans laquelle s'étendent les noyaux (50), et le plan de coupe transversal, est compris entre 75' et 45 . 6. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que l'angle aigu entre la direction dans laquelle s'étendent les noyaux (50) et le plan de coupe transversal est égal à environ 60. 7. Machine dynamoélectrique, caractérisée en ce qu'elle comporte: un stator (19); un arbre rotatif (14) situé dans le stator (19); un induit (26) fixé à l'arbre; un collecteur (29) monté sur l'arbre (14) et raccordé à l'induit (26); un balai pouvant s'user, qui est monté au voisinage du collecteur, ce balai comprenant une pluralité de noyaux (50) parallèles, s'étendant dans une première direction et constitués en un matériau pour noyaux; des moyens pour repousser le balai (32) en contact avec le collecteur (29); et des moyens (37) pour permettre le déplacement du balai dans une seconde direction, pour qu'il soit en contact avec le collecteur lorsque le balai s'use, la première direction dans laquelle les noyaux sont disposés, faisant un angle aigu avec la seconde direction, et le matériau pour noyaux s'appliquant sur le collecteur en différents emplacements lorsque le balai s'use. 8. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 7, caractérisée en ce que l'angle aigu est compris entre 15' et 45'. 9. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 8, caractérisée en ce que l'angle aigu est égal approximativement à 30 . 10. Machine dynamoélectrique perfectionnée comportant un collecteur rotatif et un balai non rotatif, et dans laquelle le balai apte à s'user comprend une pluralité de noyaux parallèles entre eux dans une première direction, les noyaux étant formés par un matériau pour noyaux et le balai étant repoussé en contact avec le collecteur, tout en étant déplaçable dans une seconde direction pour être en contact avec le collecteur lorsque le balai s'use, caractérisée en ce que le balai possède une pluralité de noyaux essentiellement parallèles entre eux dans la première direction qui fait un angle aigu avec la seconde direction dans laquelle le balai se déplace lorsqu'il s'use, la position des noyaux par rapport au collecteur variant lorsque le balai se déplace dans la seconde direction pour déposer le matériau pour noyaux sur le collecteur en différents emplacements lorsque le balai s'use. 11. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 10, caractérisée en ce que l'angle aigu est compris entre 15 et 450. 12. Machine dynamoélectrique selon la revendica- tion 11, caractérisée en ce que l'angle aigu est égal à environ 30 .