Brevet FR2744291A1 — publié le 19970801

Etat de la technique. L'invention concerne un procédé pour fabriquer un dispositif de bagues collectrices sur un axe de rotor d'un mo- teur électrique, selon lequel on revêt un segment de longueur5 d'axe d'une couche isolante. L'invention concerne également un dispositif de ba- gues collectrices sur un axe avec une couche isolante appliquée directement sur l'axe. L'axe d'un rotor de moteur électrique est muni d'un dispositif de bagues collectrices pour l'entrée et la sortie du courant d'alimentation des bobinages du rotor. De tels disposi- tifs à bagues collectrices selon l'état de la technique sont formés d'un corps en matière plastique pressé sur l'axe du ro- tor à l'extérieur des paliers ou entre les paliers. L'axe du rotor a un diamètre diminué par serrage à cet endroit en cas de montage à l'extérieur; la vitesse au serrage doit être adaptée à la stabilité dépendant du diamètre. Le dispositif de bagues collectrices comporte des bagues collectrices reliées chaque fois par un rail de courant à l'enroulement du rotor. Les ba-20 lais en carbone sont prévus pour la transmission du courant vers les bagues collectrices. Il est important que le diamètre extérieur des ba- gues collectrices soit aussi réduit que possible. Plus une ba- gue collectrice est de faible diamètre extérieur et plus faible est la vitesse périphérique sur la bague collectrice et ainsi plus faible sera la température de surface et par suite l'usure des balais. C'est pourquoi, selon l'état de la technique, il est usuel de réduire le diamètre de l'axe du rotor dans la zone qui reçoit le dispositif de bagues collectrices et on cherche à30 donner aux différents composants, à savoir le corps en matière plastique, les rails de courant et les bagues collectrices el- les-mêmes, une forme aussi mince que possible dans leur dimen- sion radiale pour avoir un diamètre extérieur aussi réduit que possible pour l'ensemble du dispositif. De tels composants min- ces se montent seulement avec de très grandes précautions car leur déformation est très facile. La réduction du diamètre de l'axe signifie plus de mise en oeuvre de matière au niveau des outils d'usinage et plus de temps pour l'opération de réduction en particulier dans la phase finale de l'opération car, pour un certain diamètre réduit, la vitesse d'usinage doit être dimi- nuée à cause du manque de solidité de l'axe, c'est-à-dire que la fabrication de l'axe est très critique sur le plan du temps. Pour diminuer l'épaisseur radiale du dispositif à bagues collectrices, le document EP-B 94 163 propose de fabri- quer le corps en matière synthétique par injection et, en for- mant le corps en matière plastique, d'intégrer les rails de courant correspondants et les bagues collectrices dans le corps en matière plastique. L'ensemble ainsi fabriqué à partir du corps en matière plastique et des éléments conducteurs, est alors pressé sur l'axe du rotor de la machine. Les rails de courant nécessitent une certaine rigidité propre, c'est-à-dire une certaine épaisseur de matière, et le corps en matière plas- tique doit être de solidité appropriée pour permettre la mise en place de l'ensemble sur l'axe. La présente invention a pour but de créer un dispo- sitif à bagues collectrices dont l'épaisseur radiale soit en- core plus faible et qui permette néanmoins une sécurité de transmission de la tension vers la bobine en rotation, et le maintien du champ électromagnétique. En outre, le procédé de fabrication du dispositif à bagues collectrices doit être sim- plifié. A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on revêt la couche iso- lante d'une couche conductrice électrique sur laquelle on em- manche une bague collectrice et l'on relie par conduction électrique, de préférence par une soudure, cette bague collec- trice à la couche conductrice, et, de préférence, la longueur de la couche conductrice est inférieure à celle de la couche isolante. L'invention concerne également un dispositif de ba- gues collectrices du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu': - une couche conductrice électrique est prévue par-dessus la couche isolante, et celle-ci reçoit une bague collectrice mise en contact, la longueur de la couche conductrice étant de préférence inférieure à celle de la couche isolante; - un nombre de couches isolantes superposées, correspondant au nombre de bagues collectrices, et chaque fois, entre les cou- ches collectrices et sur la couche isolante extérieure, on a une couche conductrice d'électricité, et au moins chaque cou- che isolante a une longueur inférieure à la couche conduc- trice électrique qui se trouve en dessous, tandis que sur chacune des couches conductrices d'électricité, au moins par- tiellement dégagées, on a rapporté et fixé une bague collec- trice; - au moins deux zones de chaque couche sont dégagées et, sur une zone de chaque couche conductrice il est prévu une bague collectrice, l'autre zone de la couche conductrice d'électricité servant de champ de contact; - une ou plusieurs zones servant de champs de contact des cou- ches conductrices et/ou de la ou des zones des couches iso- lantes s'étendent, par leurs segments de bord, sur une partie seulement de la périphérie de l'axe revêtu, pour former des champs de contact plus étendus; - les champs de contact plus étendus sont décalés à la périphé- rie de l'axe revêtu; - les couches isolantes sont en carbonate d'aluminium; - les couches conductrices sont en cuivre. Avantages de l'invention. Les couches réalisées directement sur l'axe peuvent être très minces. Les couches isolantes sont considérablement plus minces que l'épaisseur radiale d'un corps en matière plas- tique qu'il faut en outre emmancher sur l'axe et qui de ce fait doit être relativement solide. Les couches conductrices d'électricité peuvent être beaucoup plus minces qu'un rail de courant qu'il faut monter sur le corps en matière plastique ou qui doit être noyé dans le corps en matière plastique au moment de la coulée et nécessite pour cela une certaine rigidité pro- pre. Le procédé selon l'invention permet soit en utili- sant de manière égale les éléments participant à la transmis- sion, d'avoir un élément d'axe plus épais ce qui nécessite l'enlèvement d'une moindre quantité de matière de l'axe, c'est- à-dire une puissance d'enlèvement de copeaux plus faible de l'outil, ou encore l'axe devient très critique dans le temps pour le procédé de fabrication, ou encore on peut choisir un diamètre plus petit pour les bagues collectrices ce qui aug- mente la durée de vie du dispositif à bagues collectrices et surtout celui des balais en carbone. La fonction des rails de courant est assurée par les couches conductrices d'électricité ce qui supprime le montage long et coûteux de pièces séparées. Dans le cas du dispositif à plusieurs bagues col- lectrices, on applique en alternance une couche isolante et une couche conductrice d'électricité de façon à disposer du même nombre de couches conductrices d'électricité et de bagues col- lectrices; sur chaque couche conductrice d'électricité, on ap- plique une bague collectrice. La mise en place des couches se fait de préférence par projection par plasma. Selon un procédé préférentiel, lors de l'applica- tion de chaque couche, on a au moins deux zones de la couche appliquée précédemment, de préférence au niveau des bords, qui restent non couvertes et, sur une zone de chaque couche conduc- trice d'électricité, on réalise une bague collectrice; l'autre zone sert de champ de contact sur lequel on soude directement le fil relié à l'enroulement du rotor et qui conduit le cou- rant. En outre, selon un mode de réalisation préféren- tiel, par exemple en utilisant un masque, on peut réaliser des segments du bord des couches pour qu'elles ne s'étendent pas sur toute la périphérie de l'axe à garnir, de manière à former des champs de contact qui s'étendent sur les couches conductri- ces d'électricité. Ces champs de contact sont réunis de manière décalée sur la périphérie de l'axe à revêtir ce qui raccourcit la longueur totale du dispositif de bagues collectrices. Pour les couches isolantes on choisit de préférence du carbonate d'aluminium et du cuivre pour les couches conduc- trices d'électricité. Description des exemples de réalisation. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un axe de rotor portant un dispositif de bagues collectrices, la moitié supérieure de la figure étant une vue de côté et la moitié inférieure une coupe longitudinale, - la figure 2 représente un autre mode de réalisation d'un dis- positif de bagues collectrices selon l'invention, montrant un segment d'axe de rotor avec un dispositif de bagues collec- trices en vue de côté, - la figure 3 est une vue partielle d'un rotor en coupe longi- tudinale, l'axe du rotor comportant un dispositif de bagues collectrices selon l'invention. Selon la figure 1, un axe de rotor 1 comporte une couche isolante 2; pardessus celle-ci il y a une couche 3 conductrice d'électricité puis une couche isolante 12 et par- dessus celle-ci de nouveau une couche conductrice d'électricité 13. Chacune des couches 3, 12, 13 ainsi mises en place présente une longueur plus réduite que la couche 2, 3, 12 appliquée pré- cédemment. De la couche conductrice 3 appliquée précédemment, la couche isolante 12 laisse subsister deux zones 5 et 6 non recouvertes. Une bague collectrice 4 est appliquée sur la zone à laquelle cette bague est soudée. L'autre zone 6 sert de surface de contact pour un fil conducteur relié à l'enroulement du rotor. La couche conductrice 13, extérieure, comporte la zone 7 qui reçoit la bague collectrice 14 et la zone 8 qui sert de surface de contact pour un fil conducteur de courant; la surface de cette couche n'est pas divisée par une bande de ma- tière isolante. Comme le montre la vue en coupe de la moitié infé- rieure de la figure 1, la couche isolante 2 et la couche con- ductrice 3 passent sous les deux bagues collectrices 4, 14 alors que la couche isolante 12 et la couche conductrice d'électricité 13 ne passent que sous la bague collectrice 14. La couche conductrice 3 relie électriquement la bague collec- trice 4 au champ de contact 6; la couche conductrice 13 relie électriquement la bague collectrice 14 au champ de contact 8. La figure 2 présente une structure très analogue; à l'extrémité droite du dispositif de bagues collectrices sont formées tout particulièrement les zones d'extrémité des couches 12, 13. La couche isolante supérieure 12 et la couche conduc- trice supérieure 13 qui ne passent que sous la bague collec- trice 14, ont, au niveau de leur zone d'extrémité, deux segments de bord 18, 20 qui n'occupent pas toute la périphérie de l'axe revêtu 1. Il en résulte, sur la couche conductrice 3, un champ de contact élargi 16 et, sur la couche conductrice 8, un champ de contact élargi 26. Comme le montre la comparaison des figures 1 et 2, dans la variante de la figure 2, la lon- gueur totale du dispositif de bagues collectrices est raccour-10 cie, la surface de contact assurant le contact entre le champ de contact et le fil conducteur a les mêmes dimensions. La figure 3 montre une partie d'un rotor 27 à grif- fes polaires d'un alternateur avec son palier 22, les fils 23, 24 reliant le bobinage du rotor aux bagues collectrices 4, 14 du dispositif de bagues collectrices. Ce dispositif de bagues collectrices correspond à l'exemple de réalisation de la figure 2, c'est-à-dire que, par la réalisation asymétrique des zones d'extrémité des couches 12, 13, il présente des champs de con- tact 16, 26 élargis pour le contact avec les fils 23, 24. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé pour fabriquer un dispositif de bagues collectrices sur un axe de rotor (1) d'un moteur électrique, selon lequel on revêt un segment de longueur d'axe (1) d'une couche isolante (2), caractérisé en ce qu' on revêt la couche isolante (2) d'une couche conductrice élec- trique (3) sur laquelle on emmanche une bague collectrice (4) et l'on relie par conduction électrique, de préférence par une soudure, cette bague collectrice (4) à la couche conductrice, et, de préférence, la longueur de la couche conductrice (3) est inférieure à celle de la couche isolante (2). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour un dispositif de bagues collectrices à plusieurs bagues collectrices (4, 14) on superpose en alternance chaque fois un nombre de couches isolantes (2, 12) et de couches conductrice (3, 13) correspondant au nombre de bagues collectrices (4, 14), et au moins chaque couche isolante (12) mise en place a une longueur inférieure à la couche conductrice (3) appliquée pré- cédemment, tandis qu'au moins une zone dégagée (5, 7) des cou- ches conductrices (3, 13) reçoit une bague collectrice (4, 14) et y est fixée. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu' on applique la ou les couches isolantes et conductrices (2, 3, 12, 13) par projection à plasma. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que pour l'application de chaque couche (3, 12, 13) on laisse au moins deux zones de la couche (2, 3, 12) appliquée précédem- ment, non recouvertes, de préférence au niveau des bords, et sur la zone (5, 7) tournée vers l'extrémité d'axe de chaque couche conductrice (3, 13), on applique une bague collectrice (4, 14) et on la fixe, tandis que l'autre zone (6, 8), tournée vers le rotor, des couches conductrices (3, 13), sert de champ de contact. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' une ou plusieurs des zones (6, 8) servant de champ de contact des couches (3, 13) conductrices d'électricité et/ou des zones voisines des couches isolantes (2, 12), sont appliquées pour leurs segments de bord (18, 20) de préférence en utilisant un masque, sur une partie seulement de la périphérie de l'axe (1) à revêtir, pour former des champs de contact (16, 26) plus étendus. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les champs de contact (16), étendus, sont décalés par rapport à la périphérie de l'axe à revêtir (1). 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les couches isolantes (2, 12) sont en carbonate d'aluminium. 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les couches conductrices d'électricité (3, 13) sont en cuivre. 9 ) Dispositif de bagues collectrices notamment de rotor de ma- chine électrique sur un axe (1) avec une couche isolante (2) appliquée directement sur l'axe (1), obtenu par la mise en oeu- vre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une couche conductrice électrique (3) est prévue par-dessus la couche isolante (2), et celle-ci reçoit une bague collectrice (4) mise en contact, la longueur de la couche conductrice (3) étant de préférence inférieure à celle de la couche isolante (2). ) Dispositif selon la revendication 9, comportant plusieurs bagues collectrices, caractérisé par un nombre de couches isolantes (2, 12) superposées, correspon- dant au nombre de bagues collectrices (4, 14), et chaque fois, entre les couches collectrices (2, 12) et sur la couche iso- lante extérieure (12), on a une couche conductrice d'électricité (3, 13), et au moins chaque couche isolante (12) a une longueur inférieure à la couche conductrice électrique (3) qui se trouve en dessous, tandis que sur chacune des cou- ches (3) conductrices d'électricité, au moins partiellement dé- gagées, on a rapporté et fixé une bague collectrice (4, 14). 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' au moins deux zones de chaque couche (2, 3, 12, 13) sont déga- gées et, sur une zone (5, 7) de chaque couche conductrice (3, 13) il est prévu une bague collectrice (4, 14), l'autre zone (6, 8) de la couche conductrice d'électricité (3, 13) servant de champ de contact. 12 ) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu' une ou plusieurs zones (6, 8) servant de champs de contact des couches conductrices (3, 13) et/ou de la ou des zones des cou- ches isolantes (2, 12) s'étendent, par leurs segments de bord (18, 20), sur une partie seulement de la périphérie de l'axe revêtu (1), pour former des champs de contact (16, 26) plus étendus. 13 ) Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les champs de contact (16, 26) plus étendus sont décalés à la périphérie de l'axe revêtu (1). 14 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que les couches isolantes (2, 12) sont en carbonate d'aluminium. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que les couches conductrices (3, 13) sont en cuivre.