Brevet FR2755799A1 — publié le 19980515

La présente invention concerne un mécanisme à bagues collectrices, destiné à être utilisé dans des conditions extrêmes, par exemple dans l'espace et le vide. En général, un vaisseau spatial, tel qu'un satellite artificiel, comporte divers appareils spatiaux, tels qu'un appareil à antenne comprenant une partie d'entraînement en rotation. Un tel appareil monté sur un vaisseau spatial comprend un mécanisme bien connu à bagues collectrices comme dispositif de transmission ou de réception d'un signal, y compris d'énergie échangée avec la partie rotative. Dans le mécanisme à bagues collectrices, un rotor possède des bagues collectrices et est monté coaxialement à l'axe de rotation de la partie rotative. Un stator possède des balais et est fixé à un support d'un organe de montage. Lorsque le rotor tourne à cause de la rotation de la partie rotative, les balais du stator glissent sur les bagues collectrices du rotor. En conséquence, un signal est transmis entre le rotor et le stator. Lorsque le mécanisme précité à bagues collectrices est utilisé dans l'espace à une température très élevée et dans le vide, il est difficile d'utiliser une huile ou une graisse comme lubrifiant, bien qu'elle soit couramment utilisée au sol. Il existe deux types de mécanismes à bagues collectrices destinés à être utilisés dans l'espace, un type glissant et un type non glissant. Dans le cas du mécanisme à bagues collectrices de type glissant, les bagues collectrices et les balais sont formés d'un matériau autolubrifiant, par exemple d'or ou d'argent, pour la transmission de signaux entre le rotor et le stator. Dans le cas d'un mécanisme à bagues collectrices de type non glissant, un fluide conducteur, par exemple du mercure, est placé entre les bagues collectrices et les balais, si bien que les bagues collectrices peuvent ne pas glisser directement sur les balais. Dans cet état, des signaux sont transmis entre le rotor et le stator. Cependant, le mécanisme à bagues collectrices de type glissant présente les inconvénients suivants. La durée de vie de ce type est courte parce que les bagues ou les balais risquent de s'user et les performances électriques sont facilement réduites à cause de cette structure. Dans le mécanisme à bagues collectrices de type non glissant, la structure de positionnement du fluide conducteur est très compliquée. En outre, comme il est difficile d'empêcher totalement les fuites du fluide, le mécanisme n'a qu'une faible fiabilité. Ces problèmes se posent aussi dans des conditions extrêmes au sol, par exemple sous vide, lorsqu'il est difficile d'utiliser une huile ou une graisse comme lubrifiant. La présente invention a pour objet la réalisation d'un mécanisme à bagues collectrices qui a une structure simple et des performances élevées et grâce auquel la transmission des signaux peut être réalisée avec une fiabilité élevée. Cet objet est atteint grâce à un mécanisme à bagues collectrices qui comporte un stator possédant des balais, un rotor ayant des bagues collectrices opposées aux balais du stator avec un espace, un fluide magnétique introduit entre les balais du stator et les bagues collectrices du rotor et destiné à connecter électriquement les balais et les bagues collectrices, et un dispositif de retenue de fluide destiné à retenir et à positionner avec glissement du fluide magnétique entre les balais du stator et les bagues collectrices du rotor grâce à une force magnétique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe d'un mécanisme à bagues collectrices dans un mode de réalisation de l'invention ; et la figure 2 est une coupe du mécanisme à bagues collectrices d'un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un mécanisme à bagues collectrices dans un mode de réalisation de l'invention. Un rotor 10 a un axe 11 de rotation qui dépasse aux deux extrémités. L'une des extrémités de l'axe de rotation 11 est fixée coaxialement à un axe de rotation d'un moteur d'entraînement 23. L'autre extrémité de l'axe de rotation 11 est fixée coaxialement à un axe de rotation d'une partie rotative 24, par exemple un appareillage placé sur un vaisseau spatial. Plusieurs bagues collectrices 10a à 10e de forme annulaire, placées coaxialement l'une sur l'autre, sont disposées autour du rotor 10. Les bagues collectrices 10a à 10e sont séparées mutuellement par un espace. Un isolateur 12 est placé dans chaque espace. Les bagues collectrices 10a à 10e sont connectées électriquement à des éléments électroniques placés dans la partie rotative 24. Un stator 13 ayant par exemple une forme cylindrique est monté autour du rotor 10. Un stator 13 est fixé à un support 25 de montage de l'appareillage sur le vaisseau spatial. Plusieurs balais 13a à 13e ayant par exemple une forme cylindrique sont montés coaxialement les uns sur les autres à la paroi. interne du stator 13, afin qu'ils soient opposés aux bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10. Les balais sont séparés mutuellement par un espace. Un isolateur 14 est introduit dans chaque espace. Les bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 sont opposées respectivement aux balais 13a à 13e du stator 13 auquel ils sont appariés. Les balais 13a à 13e du stator 13 sont connectés électriquement à des éléments électroniques placés dans le support 25 de montage par des câbles 15. Un dispositif de retenue de fluide comprenant par exemple un aimant permanent 16 et une culasse 17 appelée "pièce polaire est monté sur la partie de base de chacun des balais 13a à 13e. Un fluide magnétique 18 ayant une conductivité élevée est placé aux parties d'extrémité supérieure des culasses 17. Le fluide magnétique 18 est une matière colloïdale dans laquelle de la poudre de fer est dispersée dans un perfluoropolyéther (PEPE). Il a une résistivité en volume d'environ 0,01 Q.m. La force magnétique des aimants permanents 16 est appliquée au fluide magnétique 18 par l'intermédiaire des culasses 17 si bien que le fluide magnétique 18 peut être placé d'une manière qui lui permet de glisser par rapport aux bagues collectrices 10a à 10e. Dans la structure précitée, les bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 sont opposées aux balais 13a à 13e du stator 13 avec interposition du fluide magnétique 18 qui est positionné et maintenu par les aimants permanents 16 et les culasses 17. Lorsque le moteur 23 est entraîné, la force d'entraînement est transmise au rotor 10 et à la partie rotative 24 par l'intermédiaire de l'axe d'entraînement 11. En conséquence, le rotor 10 et la partie rotative 24 tournent en synchronisme. Ainsi, les balais 13a à 13e du stator 13 glissent sur les bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 avec interposition du fluide magnétique 18. Ainsi, les balais 13a à 13e et les bagues collectrices 10a à 10e sont connectés électriquement par le fluide 18 sans contact direct (état sans glissement) . Dans cet état, le fluide magnétique 18 est positionné et maintenu entre les bagues collectrices 10a à 10e et les balais 13a à 13e par la force magnétique créée par les aimants magnétiques 16 et les culasses 17. Lorsque le rotor 10 tourne, un signal, notamment de l'énergie, est transmis entre les bagues collectrices 10a à 10e et les balais 13a à 13e du stator 13. Ainsi, lorsque la partie rotative 24 tourne, elle est connectée électriquement à un élément électronique du support 25 par l'intermédiaire des bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 et des balais 13a à 13e du stator 13. Comme décrit précédemment, dans le mécanisme précité à bagues collectrices, le fluide magnétique 18 est introduit entre les bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 et les balais 13a à 13e du stator 13, et il est positionné par glissement et maintenu entre les bagues collectrices 10a à 10e et les balais 13a à 13e par la force magnétique créée par les aimants permanents 16 et les culasses 17. Les balais 13a à 13e et les bagues collectrices 10a à 10e sont ainsi en rotation sans contact direct mutuel (état sans glissement) en assurant un contact électrique mutuel par l'intermédiaire du fluide magnétique 18. Dans la structure précitée, comme le fluide magnétique 18 peut être positionné et retenu facilement et avec précision, une résistance statique et une résistance dynamique pratiquement constantes peuvent être obtenues. En conséquence, un couple stable de démarrage est conservé si bien que le fonctionnement peut être maîtrisé avec une fiabilité élevée. En outre, comme les balais 13a à 13e et les bagues collectrices 10a à 10e s'usent très peu, la durée de vie du mécanisme est allongée. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédent mais elle peut être réalisée comme représenté sur la figure 2. Sur la figure 2, les parties qui correspondent à celles de la figure 1 portent les mêmes références numériques que sur la figure 1 et leur description est omise. Comme l'indique la figure 2, des gorges 20 et 21 de guidage de billes sont formées dans des balais 13a à 13e et des bagues collectrices 10a à 10e. Plusieurs billes 22 sont placées entre les gorges 20, 21 afin qu'elles puissent tourner et se déplacer, avec formation ainsi d'un mécanisme d'accouplement à palier dit "mécanisme à palier à billes". De la même manière que dans le mode de réalisation précédent, un fluide magnétique 18 est introduit entre les bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 et les balais 13a à 13e du stator 13 afin que les billes 22 soient totalement couvertes. Le fluide magnétique 18 est positionné et maintenu afin qu'il coulisse entre les bagues collectrices 10a à 10e et les balais 13a à 13e par un dispositif de retenue de fluide qui comprend par exemple des aimants permanents 16 et des culasses 17. Dans la structure précitée, lorsque le moteur 23 est piloté, le rotor 10 et la partie rotative 24 tournent. Ainsi, les billes 22 sont entraînées en rotation et glissent entre les bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 et les balais 13a à 13e du stator 13. En conséquence, les bagues collectrices 10a à 10e du rotor 10 et les balais 13a à 13e du stator 13 sont connectés électriquement mutuellement à la fois par les billes 22 et le fluide magnétique 18 qui tournent et glissent entre les bagues magnétiques l0a à 10e et les balais 13a à 13e. Dans la structure précitée, comme les bagues collectrices 10a à 10e et les balais 13a à 13e glissent sur les billes 22, le frottement mutuel et l'usure de ces éléments sont réduits. En outre, comme une résistance statique et une résistance dynamique faible pratiquement constante peuvent être obtenues, les performances électriques peuvent être conservées avec une fiabilité et une précision élevée pendant une longue période. Les billes 22 peuvent être revêtues d'un film d'un lubrifiant solide, tel qu'un film de MoS2. Dans cette structure, la caractéristique de roulement des billes 22, qui tournent et glissent entre les bagues collectrices 10a à 10e et les balais 13a à 13e, est encore perfectionnée et les résistances statique et dynamique sont encore plus réduites. En conséquence, on peut obtenir des performances électriques encore meilleures. Dans les modes de réalisation qui précèdent, plusieurs paires de bagues collectrices 10a à 10e et de balais 13a à 13e sont placées coaxialement les unes sur les autres. Cependant, l'invention s'applique aussi à un mécanisme qui ne comporte qu'une seule paire comprenant une bague collectrice et un balai. Dans les modes de réalisation précédents, les aimants permanents 16 et les culasses 17 constituant le dispositif de retenue de fluide sont montés sur le stator 13. Cependant, le dispositif de retenue de fluide peut être monté sur le rotor 10. Dans une variante, les aimants permanents et les culasses 17 peuvent être montés séparément sur le stator 13 et le rotor 10. En outre, bien que les balais 13a à 13e de forme annulaire soient utilisés dans les modes de réalisation qui précèdent, une autre configuration de balai, ainsi que des balais de forme annulaire, peuvent être utilisés dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1. Bien que le dispositif de retenue de fluide des modes de réalisation précédents soit constitué par les aimants permanents 16 et les culasses 17, il peut être formé d'une autre structure. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux mécanismes qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Mécanisme à bagues collectrices dans lequel des balais (13a à 13e) d'un stator (13) sont opposés à des bagues collectrices (l0a à 10e) d'un rotor qui tourne avec un espace intermédiaire, et un fluide magnétique (18) est placé entre les balais (13a à 13e) du stator (13) et les bagues collectrices (10a à 10e) du rotor (10), si bien que les balais (13a à 13e) et les bagues collectrices (10a à 10e) sont connectés électriquement mutuellement par le fluide magnétique (18), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de retenue de fluide (16, 17) destiné à maintenir par glissement et à positionner le fluide magnétique (18) entre les balais (13a à 13e) du stator (13) et les bagues collectrices (10a à 10e) du rotor (10) par une force magnétique. 2. Mécanisme à bagues collectrices dans lequel des balais (13a à 13e) d'un stator (13) sont opposés à des bagues collectrices (10a à 10e) d'un rotor qui tourne avec un espace intermédiaire, et un fluide magnétique (18) est placé entre les balais (13a à 13e) du stator (13) et les bagues collectrices (10a à 10e) du rotor (10), si bien que les balais (13a à 13e) et les bagues collectrices (10a à 10e) sont connectés électriquement mutuellement par le fluide magnétique (18), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (20, 21) d'accouplement de palier ayant plusieurs billes (22) qui peuvent tourner dans le fluide magnétique (18) entre les balais (13a à 13e) du stator (13) et les bagues collectrices (10a à 10e) du rotor (10), les billes (22) étant entraînées en rotation et par glissement entre les balais (13a à 13e) et les bagues collectrices (10a à 10e) en fonction de la rotation du rotor (10), et un dispositif (16, 17) de retenue de fluide destiné à maintenir et positionner par glissement le fluide magnétique (18) entre les balais (13a à 13e) du stator (13) et les bagues collectrices (10a à 10e) du rotor (10) par une force magnétique. 3. Mécanisme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif (16, 17) de retenue de fluide est monté sur le rotor (10) et assure le maintien et le positionnement par glissement du fluide magnétique (18) sur les balais (13a à 13e) du stator (13) par une force magnétique. 4. Mécanisme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif (16, 17) de retenue de fluide est monté sur le stator (13) et maintient et positionne par glissement le fluide magnétique (18) des bagues collectrices (l0a à 10e) du rotor (10) par une force magnétique. 5. Mécanisme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif (16, 17) de maintien de fluide est monté sur le rotor (10) et le stator (13) et assure le maintien et le positionnement par glissement du fluide magnétique (18) entre les bagues collectrices (l0a à 10e) du rotor (10) et les balais (13a à 13e) du stator (13) par la force magnétique. 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes lorsqu'elle dépende de la revendication 2, caractérisé en ce que les billes (22) sont revêtues d'un film lubrifiant solide. 7. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les balais (13a à 13e) sont disposés coaxialement les uns sur les autres avec interposition d'isolateurs (14) et sont montés sur le stator (13), et les bagues collectrices (10a à 10e) sont disposées coaxialement les unes sur les autres avec interposition d'isolateurs (12) et sont montées sur le rotor (10), les bagues collectrices (10a à 10e) étant opposées aux balais (13a à 13e). 8. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (16, 17) de maintien de fluide comprend des aimants permanents (16) et des culasses (17).