Brevet FR2828959A1 — publié le 20030228

La présente invention concerne un dispositif de transmission de l'électricité entre une partie fixe telle qu'un palier et une partie mobile rotative telle qu'un arbre tournant et concerne en particulier un dispositif de transmission électrique de systèmes rotatifs. Les circuits électriques qui assurent le passage du courant d'une partie tournante telle qu'un arbre d'entraînement à une partie fixe telle qu'un palier, dans un système rotatif, sont généralement constitués de pièces fixes et solidaires de la partie fixe et en contact par frottement avec la partie mobile, telles que des balais en graphite. Ces pièces sont en général spécifiques au circuit électrique et ne jouent aucun rôle dans le mouvement rotatif du dispositif. Les pertes électriques sont très souvent importantes en raison du mauvais contact entre les balais de frottement et la partie mobile. En outre, plus le courant est important et plus la surface de contact entre la source de courant et la partie à alimenter doit être grande. Or, pour assurer le passage de courant de plus de 10000 A par exemple, la surface de contact en frottement très importante subit une dégradation rapide de son état de surface. Les systèmes à balais de frottement conducteurs nécessitent donc un grand nombre de balais dont la durée de vie est limitée. Dans le cas de balais en graphite, leur usure génère de la pollution. De plus, la chute de tension entre la partie fixe et la partie mobile pour de tels systèmes est importante. Afin de pallier les inconvénients cités, d'améliorer les performances de la transmission électrique entre une partie mobile et une partie fixe, et d'améliorer la durée de vie des pièces de transmission, certains dispositifs utilisent des métaux liquides conducteurs comme le mercure dans un palier étanche. Le mercure est alors en contact permanent avec la partie mobile et la surface de contact qui assure le passage du courant est importante. Cependant, l'emploi de mercure ou autres alliages métalliques liquides à base de mercure restreint l'utilisation de tels dispositifs et présente l'inconvénient d'être en contravention avec les nouvelles réglementations liées à la protection de l'environnement aujourd'hui. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif de transmission du courant entre une partie fixe et une partie mobile, acceptant les courants de forte intensité et procurant une surface de contact importante par l'utilisation d'éléments de roulement électriquement conducteurs et sous contrainte. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif du type décrit ci-dessus dans lequel le passage du courant électrique entre la partie fixe et la partie mobile rotative est effectif à travers toute la surface de contact entre la partie fixe et la partie mobile. L'objet de l'invention concerne donc un dispositif d'alimentation électrique d'une partie mobile rotative tournant autour ou à l'intérieur d'une partie fixe dans lequel le courant électrique est transmis entre la partie fixe et la partie mobile par l'intermédiaire des moyens de contact assurant la connexion électrique entre la partie fixe et la partie mobile lorsque celle-ci est en rotation. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de contact sont constitués par des éléments de roulement situés entre une première bague solidaire de la partie fixe et une deuxième bague solidaire de la partie mobile rotative. Selon une autre caractéristique qui est particulièrement avantageuse, l'élément de roulement est un ressort électriquement conducteur et dont le diamètre au repos est inférieur à l'écart entre les bagues externe et interne. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 représente une vue en coupe des parties fixe et mobile et des roulements, la figure 2a représente une vue en coupe d'un roulement à ressort selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la figure 2b représente une vue en coupe d'un roulement plein, la figure 2c représente une vue en coupe d'un roulement de forme conique. Selon la figure 1, la partie fixe du système, non représentée sur le schéma est solidaire d'une bague externe 10 recouverte d'un revêtement argenté sur sa paroi interne 17. La partie tournante représentée par l'arbre 12 est également solidaire d'une bague interne 14 recouverte d'un revêtement argenté sur sa paroi externe 18. L'espace entre les deux bagues reçoit un ensemble de roulements identiques 16. Les roulements sont placés entre les deux bagues 10 et 14 sous contrainte afin que tous les roulements soient en contact avec les parois 17 et 18 des bagues externe et interne pour obtenir la meilleure conduction électrique possible entre les roulements et les parois 17 et 18. En effet, la connexion électrique entre la partie fixe et la partie mobile étant assurée par des moyens de contact entre ces deux parties, plus la surface de contact est grande entre ces deux parties et plus la conduction électrique sera importante et donc le flux d'électricité transmis de la partie fixe à la partie mobile sera important. Selon la forme des roulements, la contrainte est appliquée différemment. Le courant électrique provenant d'une source extérieure passe de la bague externe 10 à l'arbre 12 par l'intermédiaire des roulements 16. Le revêtement argent des roulements 16 et des parois 17 et 18 en contact avec les roulements, diminue la résistance électrique de contact des pièces entre elles et donc augmente la conductivité électrique de contact. Les roulements sont de forme sphérique, cylindrique, conique, à aiguilles ou de tout autre forme. Ils peuvent être composés d'un même matériau tel qu'un rouleau plein en cuivre ou en acier ou peuvent être composés de plusieurs matériaux tel qu'un rouleau plein en cuivre recouvert d'argent. La composition de tels matériaux permet d'allier les performances de conductivité électrique du cuivre et les performances de conductivité électrique de contact de l'argent. D'autres types de roulement peuvent être envisageables tels qu'ils sont décrits dans la suite de la description. Dans un mode de réalisation préféré, les roulements sont formés par des ressorts 20 de préférence à section carrée de façon à augmenter la surface de contact entre les roulements 16 et les parois des bagues 10 et 14. Pour allier de bonnes performances de conductivité électrique et des caractéristiques élastiques satisfaisantes, les ressorts sont de préférence en bronze béryllium. Ces roulements sous forme de ressorts assurent eux-mêmes la contrainte au niveau de chaque spire contre la paroi des bagues externe 10 et interne 14 car l'écart entre les deux bagues est inférieur au diamètre des ressorts au repos. Ainsi, les roulements ressorts, mis en place entre les deux bagues en position étirée afin de diminuer leur diamètre externe, exercent une pression radiale au niveau de chaque spire sur les parois 17 et 18 des bagues externe et interne 10 et 14 représentée par la flèche 27 ou 26. Par conséquent, plus le nombre de spires est important et plus la surface de contact entre le roulement ressort et la paroi des bagues est grande. Des ressorts à section circulaire peuvent également être utilisés sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Dans le cas de roulement sous forme de ressort, il est possible d'employer un enroulement cylindrique d'un conducteur tel qu'un profil en cuivre à l'intérieur duquel se trouve une âme élastique qui peut être en polyuréthane, en acier ou tout autre matériau élastique ou même un ressort en acier. Ainsi, le cuivre possédant de bonnes propriétés de conductivité électrique transmet le courant électrique de la bague 14 à la bague 10 et l'âme remplit la fonction élastique d'un ressort traditionnel en exerçant une pression sur l'enroulement en cuivre, la pression étant transmise par chaque spire sur les parois 17 et 18 des bagues externe et interne 10 et 14 telle que représentée par la flèche 27 ou 26. Les roulements ainsi formés sont placés sous contrainte au montage entre les deux bagues. On peut également utiliser des roulements cylindriques 30 pleins tels que représentés sur la figure 2b, la conduction électrique étant optimale lorsque les roulements sont en cuivre et recouverts d'argent. Dans ce cas, la pression entre les roulements et les parois en contact avec les roulements exercée par le poids de l'arbre représenté par la flèche 36 augmente la surface de contact entre les roulements et la paroi des bagues externe et interne 10 et 14. Pour obtenir la plus grande surface de contact possible entre les roulements et les bagues 10 et 14, les roulements sont placés sous contrainte au montage entre les deux bagues. Afin de placer les roulements sous contrainte, après avoir placé les roulements entre les deux bagues, la bague interne 14 est emmanchée sur un arbre conique afin d'augmenter son diamètre par une légère déformation et ainsi réduire l'écart entre la bague interne 14 et la bague externe 10. Ainsi, par le fait que le diamètre du roulement est légèrement supérieur à l'écart entre les deux bagues, le roulement exerce une pression sur les parois des bagues externe et interne 10 et 14 et permet d'améliorer la conductivité électrique de contact par l'augmentation de la surface de contact. Selon un autre de mode de réalisation, un autre type de roulement cylindrique peut être envisagé sous forme d'un tube creux en cuivre à l'intérieur duquel une âme en matière plastique déformable et élastique est placée. Ainsi, le tube assure le passage du courant électrique et le matériau élastique placé sous contrainte dans le tube tel qu'un ressort exerce une pression sur le tube en cuivre, la pression est transmise du tube aux bagues externe et interne 10 et 14 assurant ainsi le contact permanent des parois du tubes avec les parois des bagues. L'âme du roulement peut être alors du polyuréthane ou tout autre matériau ayant des caractéristiques élastiques similaires. Un autre mode de réalisation des roulements consiste à réaliser des roulements coniques comme représentés sur la figure 2c. Les pièces de roulement composées des roulements 40, de la bague interne 14 reliée à la partie mobile rotative telle qu'un arbre et de la bague externe 10 reliée à la partie fixe telle qu'un palier sont coniques, le sommet des cônes étant confondu en un seul point situé sur l'axe de rotation de façon à ce qu'il y ait roulement sans frottement. Ainsi, pour augmenter la surface de contact entre les roulements et les parois des bagues, il suffit d'exercer une contrainte extérieure permanente représentée par la flèche 46 et parallèle à l'arbre. Le dispositif de transmission d'un courant électrique entre une partie fixe et une partie mobile rotative décrit ici présente de nombreux avantages. En optimisant la surface de contact nécessaire entre les parties fixe et mobile, il permet le passage de courant de forte intensité tel que des courants de 50000 A utilisés en électrotechnique de puissance. En outre, l'utilisation des roulements pour transmettre le courant supprime les éléments frottants utilisés dans les dispositifs traditionnels et augmente de façon considérable la durée de vie des pièces de transmission. De plus, la chute de tension entre la source de courant et les pièces à alimenter est beaucoup moins importante que dans le cas de pièces en contact par frottement du fait que les parties en contact sont sous pression. De plus, la contrainte créée au moment du montage entre les roulements et les parois des bagues interne et externe permet à tous les roulements d'être en contact permanent avec les parois des bagues pendant toute la durée de la rotation. En effet, les roulements traditionnels ne sont vraiment en contact avec les parois des bagues externe et interne que lorsqu'ils sont dans la position où la composante du poids est maximale. Le dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé uniquement pour la transmission électrique entre une partie rotative et une partie fixe, indépendamment du mécanisme de roulement traditionnel destiné à subir les contraintes mécaniques. Cependant, le dispositif selon l'invention peut aussi remplir à la fois les fonctions de dispositif d'alimentation électrique d'une partie mobile rotative tournant autour ou à l'intérieur d'une partie fixe et de roulement mécanique traditionnel assurant la portée de la partie fixe par rapport à la partie mobile. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation électrique d'une partie mobile rotative tournant autour ou à l'intérieur d'une partie fixe dans lequel le courant électrique est transmis entre la partie fixe et la partie mobile par l'intermédiaire des moyens de contact assurant la connexion électrique entre ladite partie fixe et ladite partie mobile lorsque celle-ci est en rotation ; caractérisé en ce que lesdits moyens de contact sont constitués par des éléments de roulement (16) sous contrainte situés entre une première bague (10) solidaire de ladite partie fixe et une deuxième bague (14) solidaire de ladite partie mobile rotative (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de roulement (16) est un ressort (20) électriquement conducteur et dont le diamètre au repos est inférieur à l'écart entre la bague externe (10) et la bague interne (14). 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit élément de roulement (16) est un ressort à section carrée (20) de façon à augmenter la surface de contact entre le roulement (16) et les parois des bagues (10 et 14). 4. Dispositif selon l'une des revendication 2 ou 3, dans lequel ledit ressort (20) est en bronze béryllium. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2,3 ou 4, dans lequel ledit ressort (20) est composé d'un enroulement en métal conducteur tel que du cuivre et d'une âme cylindrique élastique tel que du polyuréthane. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de roulement (16) est un rouleau cylindrique plein (30) électriquement conducteur et dont le diamètre est légèrement supérieur à l'écart entre la bague externe (10) et la bague interne (14). 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit rouleau cylindrique plein (30) est en cuivre recouvert d'argent. 8. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ledit rouleau cylindrique plein (30) est composé d'un cylindre creux en métal électriquement conducteur tel que du cuivre et d'une âme élastique telle que du polyuréthane. 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de roulement (16) est un rouleau conique (40) électriquement conducteur.