Brevet FR2857169A1 — publié le 20050107

PROCEDE DE FABRICATION D'ELEMENTS ELECTRIQUEMENT CONDUCTEURS ISOLES DE COLLECTEUR TOURNANT ET COLLECTEUR TOURNANT COMPORTANT CES ELEMENTS ELECTRIQUEMENT CONDUCTEURS DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de fabrication d'éléments électriquement conducteurs isolés de collecteur tournant et un collecteur tournant destiné au domaine spatial comportant ces éléments électriquement conducteurs. Les collecteurs tournants sont utilisés pour transférer une puissance électrique ou des signaux entre des pièces mobiles l'une par rapport à l'autre. Ils comprennent généralement une structure porteuse fixe, appelée stator, supportant des fils conducteurs, généralement en cuivre ou en or ou en platine ou en alliage de cuivre ou en alliage d'or ou en alliage de platine, appelés cils et une partie tournante, le rotor, portant une pluralité de pistes conductrices cylindriques sur lesquelles les extrémités des cils sont en contact électrique. Les cils d'une part, les pistes d'autre part, sont reliés à des conducteurs électriques par lesquels transitent la puissance ou les signaux. Dans d'autres types de collecteurs, la puissance ou les signaux électriques sont transférés de la partie fixe à la partie mobile par des balais qui frottent avec une piste conductrice cylindrique ou plane. Ces balais sont montés sur des supports de SP 23182 GP balais flexibles. Les cils et les supports de balais constituent des éléments électriquement conducteurs au sens de la présente invention. Étant donné qu'ils sont conducteurs, ils doivent être isolés les uns des autres. Cet isolement est actuellement réalisé par un espacement des cils ou des supports de balais entre eux. Cette solution présente l'inconvénient d'être sensible à une pollution par des particules ou par un plasma conducteur qui peuvent engendrer des courts-circuits entre des cils ou des supports de balais voisins. Dans le domaine spatial auquel l'invention s'applique, de tels risques ne sont pas admissibles compte tenu de la fiabilité requise. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'éléments électriquement conducteurs isolés, particulièrement des cils et des supports de balais de collecteur et un collecteur tournant comportant ces cils et/ou ces supports de balais qui remédient à cet inconvénient. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que l'élément électriquement conducteur est recouvert d'une couche d'émail isolant électriquement, à l'exception d'une zone de continuité électrique. Dans le cas d'un cil, la zone de continuité électrique est une zone de frottement en contact avec une piste conductrice qui se déplace par rapport à lui. Dans le cas d'un support de balais, la zone de continuité électrique est une zone de montage des balais, lesquels sont en contact avec une piste conductrice qui se déplace par rapport à eux. SP 23182 GP Selon le procédé de fabrication: - on recouvre l'élément électriquement conducteur d'une couche ou de plusieurs couches d'émail isolant électriquement; - on le cuit afin de réticuler la ou les couches d'émail; - on monte les éléments électriquement conducteurs sur une structure porteuse du collecteur; - on traite la zone de continuité électrique des éléments électriquement conducteurs afin d'en retirer la ou les couches d'émail. Dans une mise en oeuvre particulière, on retire la couche d'émail par attaque chimique, thermique ou mécanique. Avantageusement, la ou les couches d'émail sont choisies dans le groupe comprenant les polyvinyles, les polyuréthanes, les polyesters, les polyester imides, les polyamide imides, les polyimides. L'élément électriquement conducteur peut comporte plusieurs couches d'émail de nature chimique identique ou de natures différentes. L'invention concerne encore un collecteur comprenant une première et une seconde partie mobiles l'une par rapport à l'autre, l'une de ces parties supportant une pluralité d'éléments électriquement conducteurs ayant chacun une zone de zone de continuité électrique, dans lequel les éléments électriquement conducteurs sont réalisés selon le procédé de l'invention. Dans une réalisation particulière, le collecteur comprend une structure porteuse fixe et un rotor comportant des pistes conductrices et monté SP 23182 GP tournant dans la structure porteuse, la structure porteuse supportant une pluralité des cils électriquement conducteurs ayant chacun une zone de contact appliquée sur une piste du rotor. Dans une autre réalisation particulière, le collecteur comprend une structure porteuse fixe et un rotor comportant des pistes conductrices cylindriques ou planes et monté tournant dans la structure porteuse, la structure porteuse supportant une pluralité de supports de balais électriquement conducteurs ayant chacun une zone de montage des balais en contact sur une piste du rotor. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la figure 1 est une vue en coupe axiale qui illustre la structure générale d'un collecteur tournant; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe partielle à échelle agrandie des pistes du collecteur des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue de détail à échelle agrandie de la zone de contact entre un cil conforme à l'invention et une piste du collecteur tournant des figures 1 à 3; SP 23182 GP - la figure 5 est une vue schématique en coupe qui illustre la structure générale d'un autre exemple de collecteur tournant. Le collecteur représenté sur les figures 1 et 2 comprend une structure porteuse fixe 2 qui supporte deux supports de cils 8. Les cils comportent une partie plane 15 maintenue dans un support de cils 8 par un couvercle ou par un remplissage de résine et deux extrémités libres 20 disposées de part et d'autre de la partie plane 15. Les cils sont en cuivre ou en alliage de cuivre et d'autres métaux bons conducteurs comme l'or, l'argent ou le platine. Dans l'exemple, les cils ont une section circulaire. Cependant, il est entendu que dans le cadre de l'invention, ils peuvent avoir une autre section, par exemple carrée, rectangulaire ou autre. Chaque support de cils est fixé, par exemple par des vis (non représentées) sur deux méplats de la structure porteuse 2. Un rotor 24 est monté tournant à l'intérieur de la structure porteuse 2. Le rotor est guidé en rotation à ses extrémités dans des paliers (non représentés). Il comporte une portée 28 sur laquelle sont enfilées une série de bagues. Certaines de ces bagues, comme la bague 32 (voir figure 3), sont de simples entretoises. D'autres bagues 34 présentent une section en forme de U dans lesquelles les bagues 33 sont logées. Elles sont réalisées en un matériau électriquement isolant. Une bague conductrice 33, réalisée par exemple en un alliage de cuivre ou d'or ou de laiton doré, est montée sur chaque bague 34. Les bagues 33 comportent une rainure semiSP 23182 GP circulaire ou d'une autre forme 35 qui reçoit un cil 14. En outre, comme on peut le remarquer (voir figure 2), les extrémités des cils comportent une partie recourbée 38 destinée à faciliter leur insertion dans les gorges 36 et les rainures 35. Les cils sont pré chargés. Cela signifie que leur extrémité libre est appliquée sur les pistes avec une certaine force d'appui, appelée pré-charge, de manière à assurer un bon contact entre les cils et la piste sur laquelle ils sont appliqués. La pré-charge est réglable. On a représenté sur la figure 4 une vue à échelle agrandie de l'extrémité d'un cil 14 en contact avec une bague 33 du rotor 24. Conformément à l'invention, la surface des fils qui constituent les cils est recouverte d'une ou de plusieurs couches d'émail 42 à l'exception d'une zone 43 en contact de frottement avec la bague 33. Les cils sont émaillés préalablement à leur utilisation dans le collecteur. On évite ainsi la pollution du collecteur. En outre, cela permet leur contrôle avant utilisation. L'opération d'émaillage peut être effectuée, notamment, par trempage des cils, puis par cuisson dans un four. On a représenté sur la figure 5 un second mode de réalisation d'un collecteur conforme à l'invention. Il comporte une partie fixe 50 et une partie mobile 52. La partie fixe comprend un support 54, par exemple en aluminium, constitué de deux parties 56 et 58 serrées par une vis 60 et entre lesquelles est disposé un support de balai 62 qui constitue un élément électriquement conducteur au sens de l'invention. Le support de balai est constitué par une lame flexible SP 23182 GP électriquement conductrice de section rectangulaire aplatie réalisée, par exemple, en cuivre ou en un alliage de cuivre. A son extrémité libre, elle porte un ou plusieurs balais 64 de carbone ou d'un autre matériau conducteur. À son autre extrémité, elle est reliée à un fil conducteur électrique 66 qui se termine par une cosse 68 fixée à la lame, par exemple au moyen d'un rivet 70. Une isolation (non représentée) est prévue entre le support 54 et le support de balais. La partie mobile 52 est constituée par un disque 72 mobile en rotation autour d'un axe de 74. Le disque 72 comporte des pistes conductrices circulaires 76, réalisées par exemple en argent. Par souci de simplification, on n'a représenté qu'une seule piste et un seul balai sur la figure, mais il va de soi que dans la pratique le collecteur en comporte plusieurs, par exemple une dizaine. Le balai 64 frotte sur la piste 76. Le support de balai 62 est pré chargé afin d'appliquer le ballet 64 avec une force donnée sur la piste 76. Conformément à l'invention, la lame flexible 62 est isolée électriquement par une ou plusieurs couches d'émail (non représentées). Ces couches d'émail peuvent être de même nature chimique ou de natures chimiques différentes. Elles sont déposées avantageusement en plusieurs couches successives de quelques microns d'épaisseur. On retire localement la couche d'émail dans la zone de contact 65 entre le balai 64 et la lame flexible afin d'assurer la continuité de la transmission électrique. On retire également la couche d'émail au niveau du contact entre SP 23182 GP la lame flexible et la cosse du conducteur électrique 66. L'émail utilisé peut-être du type polyvinyle, polyuréthane, polyester, polyester imide, polyamide imide, polyimide ou autre. L'émail est capable de résister à de hautes températures et à de fortes différences de potentiel électrique. Il présente une forte adhérence sur les cils et/ou les supports de balais. Il est souple et son épaisseur est suffisamment faible pour: - ne pas perturber la pré-charge des cils ou des supports de balais, c'est-à-dire la force d'application des cils ou des supports de balais sur la piste du conducteur. - être compatible avec les. opérations de mise en forme des cils ou des supports de balais sans générer de craquelures de l'émail. Le réglage de la pré-charge se fait après que les cils ou les supports de balais ont été émaillés, de telle sorte que la raideur de l'émail est prise en compte lors du réglage de la pré-charge. Grâce à la présence de la couche d'émail 42, on réalise une double isolation des cils ou des supports de balais dans le collecteur de puissance ou de signaux. D'une part, comme dans l'art antérieur, les cils ou les supports de balais sont isolés par espacement entre eux, mais en outre ils sont isolés par la présence de la couche d'émail. Contrairement à d'autres solutions, comme l'utilisation de gaines isolantes ou d'une couche de colle, la pré-charge n'est pas perturbée par la présence de la couche d'émail. En SP 23182 GP outre, la tenue en température est meilleure que celle d'une colle ou d'une gaine. Enfin, il est entendu que l'invention ne s'applique pas exclusivement aux collecteurs tournants qui viennent d'être décrits, mais à tous les types de collecteurs dans lesquels des éléments conducteurs transmettent des signaux ou une puissance électrique par frottement entre une partie fixe et une partie mobile, par exemple par frottement sur une piste réalisée sur un disque ou sur un plateau tournant. L'invention s'applique également à un collecteur dans lequel les pistes sont fixes et les éléments conducteurs sont montés sur une pièce tournant par rapport aux pistes. SP 23182 GP REVENDICATIONS: 1. Elément électriquement conducteur, notamment pour un collecteur tournant, pour le transfert d'un courant électrique entre deux parties (2, 24, 50, 52) en mouvement l'une par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il est recouvert d'une couche d'émail (42) isolant électriquement, à l'exception d'une zone (43, 65) de continuité électrique. 2. Procédé de fabrication d'un élément électriquement conducteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que - on recouvre l'élément électriquement conducteur (14, 62) d'une ou de plusieurs couches d'émail (42) isolant électriquement; - on le cuit afin de réticuler la ou les couches d'émail (42) ; - on monte l'élément électriquement conducteur (14, 62) sur une structure porteuse (2, 50) du collecteur; - on traite la zone de continuité électrique (43, 65) de l'élément électriquement conducteur (14, 62) afin d'en retirer la ou les couches d'émail. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément électriquement conducteur sont des cils (14), la zone de continuité électrique étant constituée par une zone de frottement (43) sur une piste conductrice (33, 35) qui se déplace par rapport à lui. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément électriquement conducteur réside en des supports (62) de balais, la zone de continuité électrique étant constituée par une zone (65) de montage des balais (64) sur le support de balais. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on retire la ou les couches d'émail.de l'élément électriquement conducteur (42, 62) par attaque chimique, thermique ou mécanique. 15 2857169 11 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la ou les couches d'émail (42) sont choisies dans le groupe comprenant les polyvinyles, les polyuréthanes, les polyesters, les polyester imides, les polyamide imides, les polyimides. 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'élément électriquement conducteur comporte plusieurs couches d'émail (42) de nature chimique identique. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'élément électriquement conducteur comporte plusieurs couches d'émail (42) de natures chimiques différentes. 9. Collecteur comprenant une première (2, 50) et une seconde partie (24, 52) mobiles l'une par rapport à l'autre, l'une de ces parties supportant une pluralité d'éléments électriquement conducteurs (14, 62) ayant chacun une zone de continuité électrique (43,65), caractérisé en ce que les éléments électriquement conducteurs (14, 62) sont réalisés selon le procédé de l'une des revendications 2 à 8. 10. Collecteur selon la revendication 9, comprenant une structure porteuse fixe (2) et un rotor (24) comportant des pistes conductrices cylindriques ou planes et monté tournant dans la structure porteuse, la structure porteuse (2) supportant une pluralité des cils (14) électriquement conducteurs ayant chacun une zone de contact appliquée sur une piste (33) du rotor (24). 11. Collecteur selon la revendication 9, comprenant une structure porteuse fixe (50) et un rotor (52) comportant des pistes conductrices (76) cylindriques ou planes, la structure porteuse (50) supportant une pluralité de supports de balais (62) électriquement conducteurs ayant chacun une zone de montage (65) des balais (64) en contact sur une piste (76) du rotor (52).