Brevet FR3000621A1 — publié le 20140704

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un élément de con- tact pour contacter un chemin de contact comprenant un balai pour s'appuyer contre le chemin de contact, un élément de fixation, allongé, ayant à ses extrémités opposées, un segment de fixation et un segment de maintien pour recevoir le balai et un élément de ressort pour presser le balai contre le chemin de contact pour que l'extrémité du balai, éloignée du chemin de contact rejoigne suivant une courbe cintrée, le chemin de contact lorsque le balai est usé par frottement par le chemin de contact. Etat de la technique Un contact frottant sert à réaliser une liaison électrique entre un premier et un second élément qui se déplacent l'un par rapport à l'autre (en coulissant ou en tournant). Pour cela le contact frottant comporte sur un premier élément, un chemin de contact et sur l'autre élément, un élément de contact s'appliquant contre le chemin de contact ; à la fois le chemin de contact et l'élément de contact sont réalisés en des matières électro-conductrices. Le contact frottant s'applique par exemple dans le collecteur d'un moteur électrique. Dans ce cas le che- min de contact est courbé autour de l'axe de rotation du moteur électrique. L'élément de contact comporte habituellement un balai s'appliquant contre le chemin de contact, un élément de fixation pour fixer mécaniquement le balai et un élément de ressort pour presser le balai contre le chemin de contact. Dans un mode de réalisation, l'élément de fixation est allongé et s'étend entre le balai et un segment de fixation. Avec la progression de l'usure par frottement contre le chemin de contact ce mode de réalisation demande que le balai décrive un arc autour de l'élément de fixation. Cela permet de modifier la position du balai par rapport au chemin de contact. Dans le cas d'un collecteur, cela modifie ainsi la position de branchement et la position de coupure en fonction de la position du balai contre le chemin de frottement de sorte que la capacité ou l'efficacité du moteur électrique ou du générateur risque d'être détérioré. Dans une construction à titre d'exemple, on a pu montrer que la position du centre géométrique entre l'extrémité d'entrée et l'extrémité de sortie de la surface de contact entre le balai et le chemin de frottement variait en fonction de l'usure projetée du balai au minimum de 4,6° par rapport au sens de rotation du chemin de contact. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un meilleur élément de contact pour un chemin de contact. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un élément de contact du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le balai présente un seg- ment d'usure le long de la courbe, segment sur lequel la surface du balai s'appliquant contre le chemin de contact est indépendante de l'usure du balai déjà produite contre le chemin de contact. L'invention permet ainsi d'éviter un agrandissement ou une réduction de la surface de contact entre le balai et le chemin de contact en fonction de l'usure du balai, comme cela a été observé pour les éléments de contact connus. Le coulissement du centre géométrique entre l'arrête d'entrée et l'arrête de sortie de cette surface sera diminuée ou évitée. De plus, l'usure par frottement du balai sur le chemin de con- tact sera plus régulière pendant la durée de vie projetée du balai. Selon un développement particulièrement préférentiel, dans le segment d'usure, la position du milieu géométrique de la surface supérieure en appui, est indépendante du sens de rotation du chemin de frottement. En particulier si l'élément de contact correspond à un collecteur de machine électrique on respectera mieux les positions de branchement et de coupure du chemin de contact suivant l'usure du balai. Selon un développement préférentiel, les limitations du segment d'usure du balai sont parallèles à une tangente de la courbe cintrée. Les limitations se terminent au niveau de l'arrête d'entrée ou l'arrête de sortie de la surface de contact entre le balai et le chemin de contact. La courbe cintrée est notamment conditionnée en ce que l'élément de fixation allongé est encastré d'un côté au niveau du segment de fixation. Grâce à la forme évoquée ci-dessus des limitations du balai, la position de la surface supérieure en appui entre le balai et le chemin de contact sera conservée au moins approximativement d'une manière relativement simple pendant que le balai s'use contre le chemin de contact. Selon un autre développement, dans le segment d'usure, les limitations du balai sont parallèles à la courbe cintrée de sorte que l'on a la constance décrite, de la surface supérieure en appui, de façon améliorée au fur et à mesure de l'usure des balais. Selon un autre développement, la courbe se situe sur un segment de cercle avec un rayon et dans le segment d'usure, les limita- tions du balai se trouvent sur des rayons identiques. Cette forme de réalisation peut également s'appliquer si la courbe se situe seulement par segment ou seulement en un point sur un segment de cercle avec un rayon. Ce mode de réalisation est facile à réaliser et ne nécessite pas de connaissance précise de la courbure de la courbe. Du côté éloigné de l'élément de fixation du balai non usé, on réalise un segment d'entrée dans lequel la surface supérieure appliquée contre le chemin de contact est plus petite que la surface supérieure en appui dans le chemin d'usure. En d'autres termes, le segment d'entrée du balai se réduit plus ou moins fortement avant d'arrivée en appui contre le chemin de frottement. Cela favorise le fait qu'un balai neuf s'applique rapidement avec un bon angle contre le chemin de contact. De façon préférentielle, la surface supérieure en appui dans le segment d'entrée augmente en fonction de la progression de l'usure. Cette usure du balai dans le segment d'entrée ralentit successi- vement jusqu'à ce que le segment d'entrée soit usé et que l'extrémité du segment d'usure du balai s'applique contre le chemin de contact. Selon un autre développement préférentiel, le balai a en coupe perpendiculaire à la courbe cintrée une forme rectangulaire. Les formes de réalisation décrites peuvent également s'appliquer à d'autres formes de balai, par exemple à un balai ayant une section ronde ou ovale mais toutefois la position du chemin de contact contre lequel il y a le contact entre le segment prédéfini du chemin de contact et le balai sera réalisée séparément avec une meilleure précision et une meilleure tenue au courant si la section est rectangulaire. Le balai comporte un segment de fixation tourné vers l'élément de fixation ; l'élément de fixation est muni d'une installation pour monter le segment de fixation de façon coulissante le long de l'élément de fixation. Le montage coulissant des balais sur l'élément de fixation réduit l'inclinaison du balai vis-à-vis du grippage par rapport au chemin de contact. Selon un autre développement, l'élément de ressort est formé par un segment souple de l'élément de fixation et le balai est appliqué contre l'élément de fixation pour avoir un angle inférieur à 90° entre la courbe et l'élément de fixation à l'état non sollicité. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'angle est supérieur à 10° et d'une manière particulièrement préférentielle, il est supérieur à 20°. La position de la surface supérieure en appui entre le chemin de contact et balai peut ainsi être mieux contrôlée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation d'un contact frottant représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre très schématiquement un contact frottant pour commuter un moteur électrique, - la figure 2 montre un autre mode de réalisation de l'élément de contact de la figure 1 en vue de côté, - la figure 3 montre dans ses parties 3a, 3b, 3c des variantes d'un segment d'usure du balai du contact frottant de la figure 1, - la figure 4 montre des variantes d'un segment de brodage du balai du contact frottant de la figure 1, - la figure 5 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation du contact frottant de la figure 1, - la figure 6 est une vue de côté de l'élément de contact de la figure 5, et - la figure 7 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'élément de contact- des figures 5 et 6. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un contact frottant, par exemple pour commuter un moteur électrique ou un générateur. Le contact frottant 100 comporte un élément de contact 105 et un chemin de contact 110. Dans le présent mode de réalisation, le chemin de contact 110 est courbé autour de l'axe de rotation 115 du moteur électrique. Selon d'autres modes de réalisation, le contact frottant 100 est appliqué à une autre installation par exemple pour le contact frottant d'une antenne ou d'une colonne longitudinale. Dans d'autres modes de réalisation, le chemin de contact 110 n'est pas courbe mais peut par exemple s'étendre suivant une surface. L'élément de contact 105 comporte un balai 120, un élé- ment de fixation 125 et un élément de ressort 130. Le balai 120 s'appuie contre le chemin de contact 110. La section du balai 120 est habituellement rectangulaire mais peut également avoir d'autres formes. L'appui du balai 125 contre le chemin de contact 110 est constitué par une surface 135 qui, par rapport à la direction de mouvement supposée du chemin de contact 110 a une arrête d'entrée 140 et une arête de sortie 145. On a représenté en plus le milieu géométrique 150 entre les arrêtes 140, 145. Le balai 120 est habituellement en carbone ou en une autre matière bonne conductrice électrique ; il est conçu pour s'user si possible unilatéralement par rapport au chemin de con- tact 110. Pour que le début ou la fin du segment conducteur du chemin de contact 110 passe toujours dans une position correcte prédéfinie du chemin de contact 110 sur l'arrête d'entrée 140 ou l'arrête de sortie 145 il faut veiller à ce que l'usure du balai 120 sur le chemin de contact 110 ne modifie pas la position des arrêtes 140, 145, c'est-à-dire le milieu 150 par rapport au chemin de contact 110. L'élément de contact 105 est tracé avec des traits pleins pour son état partiellement usé et des traits interrompus pour son état non usé. A mesure que progresse l'usure du balai 120, l'extrémité du balai 120 non tournée vers le chemin de contact 110 se déplace le long d'une courbe 155 cintrée en di- rection du chemin de contact 110. La courbure de la courbe 155 dépend en premier lieu de la géométrie de l'élément de fixation 125. Dans le mode de réalisation représenté, l'élément de fixation 125 est allongé et comprend un segment de fixation 160, un segment souple 165 et un segment de fixation 170 pour recevoir le balai 120. Les diffé- rents segments 160, 165, 170 peuvent également se chevaucher. Le segment de fixation 160 sert au montage de l'élément de contact 105 par exemple sur le stator du moteur électrique. Dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple, le segment de fixation 160 a un oeillet pour recevoir un goujon. Un autre goujon est prévu à une distance prédéfinie le long de l'élément de fixation 125. Selon un autre mode de réalisation, seul le goujon inférieur représenté à la figure 1 pénètre à la manière d'un axe de rotation dans l'oeillet du segment de fixation 160 et le second goujon est supprimé, l'élément de fixation 125 étant essentiellement rigide et exerçant une force de pression pour presser le balai 120 contre le chemin de con- tact 110 par un élément séparé, par exemple un ressort spiral, en direction de l'axe de rotation 115 contre l'élément de fixation 125 ou le balai 120. Alors que la courbe 155 dans le premier cas comporte deux goujons et a par exemple un segment elliptique, dans le dernier cas avec un seul goujon elle correspond de façon générale à un segment de cercle. Dans chaque cas, la courbe 155 est cintrée. Pour garantir que la position de la surface 135 d'application entre le balai 120 et le chemin de contact 110 reste dans une position prédéfinie pendant l'usure du balai 120, on a une première limitation du balai 120 tournée vers le segment de fixation 160 et une second limitation 180 tournée vers le segment de fixation 160 en fonction de la courbure de la courbe 155. La figure 2 montre un autre mode de réalisation de l'élément de contact 105 de la figure 1, vue de côté. Le balai 120 est subdivisé en trois segments selon lesquels le balai 120 s'étend à partir de l'élément de fixation 125. Un segment de fixation 205 garantit la prise du balai 120 dans l'élément de fixation 125. Il n'est pas prévu que l'usure du balai 120 se poursuive jusqu'à ce que la surface supérieure 135 d'application se trouve dans la région du segment de fixation 205. Les segments de fixation 205 se poursuivent par un seg- ment d'usure 210. Le segment d'usure 210 est compris entre les limites 175 et 180. Le segment d'usure 210 se poursuit par un segment d'entrée 2158 en option. Le segment d'entrée 215 rejoint le segment montant de l'élément de fixation 125 de sorte que la surface appliquée 135 lorsqu'elle se trouve dans la région de segment d'entrée 215 occupe une surface plus petite que dans la région du segment d'usure 210. La figure 3 montre dans ses parties 3a, 3b, 3c différentes variantes du segment d'usure 210 du balai 120 de la figure 1. Le seg- ment d'entrée 215 en option est représenté chaque fois par des traits interrompus. La figure 3a montre une variante dans laquelle les limita- tions 175 et 180 sont droites et parallèles. Les limitations 175 et 18 sont de préférence parallèles à la tangente à la courbe cintrée 155 lors- que la surface 135 en appui se situe dans la région du segment d'usure 210. La figure 3b montre un mode de réalisation dans lequel les limitations 175 et 180 de chaque fois des segments d'une surface d'enveloppe cylindrique ont le même rayon. Les rayons correspondent de préférence aux rayons de la courbe cintrée 155 lorsque la surface 135 en appui se situe dans le segment d'usure 210. La figure 3c montre un mode de réalisation dans lequel les limitations 175 et 180 s'étendent le long de surfaces qui sont cintrées suivant une courbe spline. Les courbures peuvent être égales ou différentes pour les limitations 175 et 180/. La figure 4 montre dans ses parties 4a-4e différentes variantes du segment d'entrée 215 du balai 120 de la figure 1. Il s'agit de cinq variantes différentes dans lesquelles le segment d'usure 210 est représenté chaque fois par des traits interrompus. Chacune des va- riantes du segment d'entrée 215 se combine à chacune des variantes du segment d'usure 210 des figures 3a-3c. La figure 4a montre une variante dans laquelle la pre- mière surface 405 et la seconde surface 410 qui représentent les prolongements et limitations 175 et 180 sont droites et se rejoignent. La figure 4b montre une variante analogue dans laquelle il y a une troisième surface 415 entre les surfaces 405 et 410 ; cette troisième surface est de préférence plane et de manière encore plus préférentielle, elle est tangente à la surface du chemin de contact 110. La figure 4c montre un autre développement de ce con- cept selon lequel la troisième surface 415 a un rayon, qui constitue une gorge du balai 120. De façon préférentielle, le rayon de la troisième surface 415 correspond au rayon extérieur du chemin de contact 110. La figure 4d montre un mode de réalisation analogue à celui de la figure 4a mais dont les surfaces 405 et 410 correspondent à un rayon prédéfini. Les rayons peuvent être identiques ou différents. Le rayon de la première surface 405 se situe sur le côté intérieur du balai 120 alors que le rayon de la seconde surface 410 se situe sur son côté extérieur. On a ainsi une gorge dans la région de la seconde surface 410. La figure 4 montre en autre variante de ce mode de réali- sation. Dans ce cas, les courbures des surfaces 405 et 410 suivent chaque fois des courbes spline. La figure 5 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'élément de contact 105 de la figure 1. Dans ce cas, le segment de fixation 170 est formé pour qu'il puisse recevoir le segment de fixation 205 du balai 120 pour que le balai 120 puisse coulisser en direction du rayon du segment de fixation 160. Une partie du segment de fixation 205 passe dans une cavité correspondante de l'élément de fixation 125. Le segment de fixation 170 de ce mode de réalisation est de préférence parfaitement rigide. De plus, la figure 5 montre une ligne souple 505 pour le branchement électrique du balai 120. Pour des raisons de clarté, la ligne 505 n'est pas représentée dans les autres figures. La figures 6 est une vue de côté de l'élément de contact 105 de la figure 5. La figure 7 montre une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'élément de contact 105 des figures 5 et 6. Dans cette variante représentée, il y a un angle 705 inférieur à 90° entre la courbe cintrée 155 et la direction d'extension de l'élément de fixation 125 non sollicitée. De façon préférentielle l'angle 705 est inférieur à 80° et d'une manière plus préférentielle, il est inférieur à 75°. Dans tous les cas, l'angle 705 ne doit pas être trop petit ; une limite inférieure de l'ordre de 65° semble appropriée. En d'autres termes, il subsiste un angle supérieure à 0° entre le segment de fixation 170 et l'autre segment souple 165 mis en charge. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Contact frottant 105 Elément de contact 110 Chemin de contact 115 Axe de rotation du moteur électrique 120 Balai 125 Elément de fixation 130 Elément de ressort 135 Surface supérieure 140 Arrête d'entrée 145 Arrête de sortie 150 Milieu géométrique 155 Courbe cintrée 160 Segment de fixation 165 Segment souple 170 Segment de fixation 175, 180 Limitation 180 Seconde limitation 205 Segment de fixation 210 Segment d'usure 215 Segment d'entrée 405, 410, 415 Surface 500 Ligne électrique 705 Angle entre la courbe et la direction d'extension de l'élément de fixation30 REVENDICATIONS1°) Elément de contact (105) pour contacter un chemin de contact (110), comprenant : un balai (120) pour s'appuyer contre le chemin de contact (110), un élément de fixation (125), allongé, ayant à ses extrémités op- posées, un segment de fixation (160) et un segment de maintien (170) pour recevoir le balai (120), et un élément de ressort (165) pour presser le balai (120) contre le chemin de contact (110) pour que l'extrémité du balai (120) éloi- gnée du chemin de contact (110) rejoigne suivant une courbe cin- trée (155) le chemin de contact (110) lorsque le balai (120) est usé par frottement par le chemin de contact (110), élément de contact caractérisé en ce que le balai (120) présente un segment d'usure (210) le long de la courbe (155), segment sur lequel la surface (135) du balai (120) s'appliquant contre le chemin de contact (110) est indépendante de l'usure du balai (120) déjà produite contre le chemin de contact (110). 2°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le segment d'usure (210), la position du milieu géométrique (150) de la surface supérieure (135) en appui, par rapport au sens de rotation du chemin de contact (110) est indépendante de l'usure déjà produite du balai (120). 3°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment d'usure (210) comporte des limitations (175, 180) du balai (120) qui sont parallèles à une tangente à la courbe cintrée (155). 4°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le segment d'usure (210), une limitation (175, 180) du balai (120) sont parallèles à la courbe cintrée (155).355°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courbe (155) se situe sur un segment de cercle ayant un certain rayon et dans le segment d'usure (210), les limitations (175, 180) du balai (120) ont le même rayon. 6°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le côté du balai (120) non usé, à l'opposé de l'élément de fixation (125) comporte un segment d'entrée (215) dans lequel la surface (135) appli- quée contre le chemin d'usure (110) est plus petite que la surface supérieure (135) appliquée contre le segment d'usure (210). 7°) Elément de contact (105) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface supérieure (135) en appui du segment d'entrée (215) augmente avec la progression de l'usure. 8°) Elément de contact (105) selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans le segment d'entrée (215), la position du milieu géométrique de la surface en appui (135) par rapport au sens de rotation du chemin d'usure (110) est indépendante de l'usure déjà produite du balai (120). 9°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que suivant une coupe perpendiculaire à la courbe cintrée (155) le balai (120) est rectangulaire. 10°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le balai (120) comporte un segment de fixation (160) tourné vers l'élément de fixation (125) qui porte une installation pour loger le segment de fixation (160) de manière coulissante le long de l'élément de fixation (125).11°) Elément de contact (105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de ressort (165) est formé par un segment flexible de l'élément de fixation (125) et le balai (120) est installé sur l'élément de fixation (125) pour que l'angle entre la courbe (155) et l'élément de fixation (125) à l'état non sollicité est un angle (705) inférieur à 90°.10