Brevet FR3132807A1 — publié le 20230818

L’invention concerne une machine électrique (10) comprenant une partie stationnaire (12), une partie tournante (14), au moins un roulement (15), et une brosse à fibres de mise à la terre (18). La machine électrique (10) comprend également un manchon conducteur (20) avec une base annulaire (21) formée d’un matériau conducteur électriquement, ladite base annulaire (21) étant fixée à la partie tournante (14) ou à une bague tournante (16) du roulement (15), et un revêtement conducteur (24) à base de nitrure de chrome (CrN) recouvrant au moins partiellement une surface (22b ; 26 ; 28a ; 29a) de ladite base (21), de telle sorte que l’extrémité libre (19b) des fibres (19) est en contact glissant contre ledit revêtement (24) à base de nitrure de chrome. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Machine électrique avec un manchon conducteur Domaine technique de l’invention La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes avec une brosse de mise à la terre, en particulier une brosse de fibres de mise à la terre. Etat de la technique antérieure Les machines tournantes comprennent généralement un logement et un arbre tournant supporté en rotation par au moins un roulement. Un roulement est généralement pourvu d’une bague tournante solidaire de l’arbre tournant, une bague stationnaire solidaire du logement, et une pluralité d’éléments roulants interposés entre lesdites bagues. La source d’alimentation électrique des machines tournantes génère une différence de potentiel électrique entre l’arbre et le logement, induisant une différence de potentiel électrique entre une bague du roulement connectée audit arbre, et une bague du roulement connectée au châssis de la machine. Cette différence de potentiel entre les bagues du roulement peut entraîner une décharge électrique de courant à travers le roulement. Le courant électrique passant à travers le roulement peut endommager les pistes de roulement et les éléments roulants. Les décharges électriques peuvent également créer des vibrations qui augmentent le bruit acoustique de la machine. Il est connu de mettre à la terre un arbre tournant en utilisant une brosse de mise à la terre. Il est particulièrement avantageux de concevoir une brosse avec des fibres conductrices. La brosse de mise à la terre est généralement montée sur le châssis d’une machine de telle sorte que les extrémités des fibres viennent en contact radial contre une surface extérieure de l’arbre tournant. La conductivité des fibres crée un circuit électrique parallèle et ainsi permet à l’arbre d’être maintenu au même potentiel électrique que le châssis de la machine. Cela permet également le maintien des bagues du roulement au même potentiel électrique, et réduit significativement les décharges électriques à travers le roulement. Cependant, même avec une telle brosse de mise à la terre, la résistance électrique de l’arbre augmente dans le temps en raison d’un changement de la surface de l’arbre. En effet, pendant la durée de vie de la machine, la surface extérieure de l’arbre peut s’oxyder en raison, par exemple, de l’humidité, de la chaleur, du courant électrique ou de la friction. En raison de ce changement d’état de surface de l’arbre, la brosse de mise à la terre aura une résistance et une tension de claquage plus élevées que le roulement, et ne pourra plus créer un circuit électrique parallèle. Le courant re-traversera alors le roulement, et l’endommagera considérablement. Il y a donc un besoin de protéger la surface extérieure de l’arbre tournant de manière à éviter tout changement d’état de cette surface pendant la durée de vie de la machine. Afin de réduire le risque d’oxydation de la surface extérieure de l’arbre, et ainsi de maximiser sa conductivité, il est connu d’appliquer un revêtement à base de résine, telle de l’époxy, à la surface extérieure de l’arbre. Toutefois, un tel revêtement a une faible dureté, et peut être rapidement endommagé voire retiré par le contact glissant des fibres de la brosse de mise à la terre. La présente invention vise à améliorer la protection de la surface de glissement de l’arbre tournant. L’invention concerne une machine électrique comprenant une partie stationnaire, une partie tournante, au moins un roulement supportant en rotation ladite partie tournante, et une brosse à fibres de mise à la terre. Ledit roulement comprend une bague tournante fixée à la partie tournante, et une bague stationnaire fixée à la partie stationnaire. Ladite brosse à fibres de mise à la terre comprend un support fixé à la partie stationnaire ou à la bague stationnaire, et une pluralité de fibres conductrices dont une première extrémité est fixée audit support, et une seconde extrémité libre, opposée à ladite première extrémité, s’étend vers la partie tournante. Conformément à l’invention, la machine électrique comprend également un manchon conducteur. Le manchon conducteur comprend une base annulaire formée d’un matériau conducteur électriquement, ladite base annulaire étant fixée à la partie tournante ou à la bague tournante du roulement. Le manchon conducteur comprend également un revêtement conducteur à base de nitrure de chrome (CrN) recouvrant au moins partiellement une surface de ladite base faisant face à la seconde extrémité libre des fibres conductrices de la brosse à fibres de mise à la terre, de telle sorte que ladite seconde extrémité libre des fibres est en contact glissant contre ledit revêtement à base de nitrure de chrome. Le manchon conducteur forme une surface de glissement pour les fibres conductrices de la brosse de mise à la terre. Ce manchon est ainsi intégré à la surface extérieure de la partie tournante de la machine électrique. Le manchon conducteur permet une résistance électrique de contact minimale dans le temps. Le revêtement à base de nitrure de chrome dont est pourvue ladite surface de glissement est de dureté élevée. Le revêtement ne sera ainsi pas retiré par les extrémités libres des fibres en contact glissant pendant la durée de vie de la machine électrique, ni même altéré. Cela prévient toute oxydation ou changement d’état de la surface de contact glissant dans le temps. Par ailleurs, le revêtement à base de nitrure de chrome est également un excellent conducteur électrique ce qui, en combinaison du matériau conducteur formant la base annulaire, assure la conductivité électrique du manchon. La combinaison de la brosse à fibres de mise à la terre et du manchon conducteur, pourvu d’une base en matériau conducteur et d’une surface de contact de glissement pour les fibres revêtue d’une couche à base de nitrure de chrome, assure la création d’un circuit électrique parallèle durable dans le temps. Une telle conception permet ainsi à la partie tournante d’être maintenue au même potentiel électrique que la partie stationnaire pendant la durée de vie de la machine électrique. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, une telle machine électrique peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : L’épaisseur du revêtement à base de nitrure de chrome est comprise entre 1 et 3 µm, et préférentiellement égale à 2 µm. La dureté du revêtement à base de nitrure de chrome est comprise entre 15 et 20 GPa. Le revêtement à base de nitrure de chrome comprend de l’argent (Ag). La proportion de nitrure de chrome dans le revêtement est comprise entre 30 et 40%. Le revêtement à base de nitrure de chrome est appliqué sur la base annulaire du manchon conducteur par un procédé de dépôt sous vide. Par exemple, le procédé de dépôt utilisé est un procédé de dépôt physique par phase vapeur ou procédé PVD de l’anglais « Physical Vapor Deposition ». Le revêtement à base de nitrure de chrome est appliqué sur la base annulaire du manchon conducteur par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma ou procédé PACVD de l’anglais « Plasma assisted chemical vapor deposition ». La base annulaire du manchon conducteur comprend une bague annulaire fixée à la partie tournante ou à la bague tournante du roulement. La bague annulaire comprend une surface de contact glissant pour la seconde extrémité libre des fibres de la brosse de mise à la terre, et au moins ladite surface de contact glissant de la bague annulaire est pourvue du revêtement à base de nitrure de chrome. La bague annulaire est montée serrée à une surface extérieure cylindrique de la partie tournante. La bague annulaire est montée serrée à une surface cylindrique de la bague tournante. La partie tournante comprend un épaulement contre lequel la bague annulaire du manchon conducteur vient en appui. La bague annulaire du manchon conducteur vient en appui contre une face frontale de la bague tournante du roulement. Dans ce cas de figure, le manchon conducteur forme à la fois une surface de contact glissant pour la brosse à fibres, et un moyen d’espacement pour le roulement. La bague annulaire du manchon comprend une piste torique à l’intérieure de laquelle les fibres de la brosse viennent s’étendre, la seconde extrémité libre desdites fibres de la brosse venant en contact glissant contre la piste torique, et au moins ladite piste torique étant pourvue du revêtement à base de nitrure de chrome. La base du manchon conducteur comprend en outre une portion radiale s’étendant radialement depuis la bague annulaire en direction de la partie stationnaire. Ladite portion radiale du manchon conducteur vient en appui axial contre la bague tournante du roulement. Ladite portion radiale du manchon conducteur vient en appui axial contre un épaulement de la partie tournante. Lesdites bague annulaire et portion radiale sont connectées par une portion incurvée. La seconde extrémité libre desdites fibres de la brosse vient en contact glissant contre la portion incurvée, et au moins la portion incurvée étant pourvue du revêtement à base de nitrure de chrome. Les fibres de la brosse s’étendent selon une direction inclinée vers ladite portion incurvée. La seconde extrémité libre desdites fibres de la brosse vient en contact glissant contre la portion radiale, au moins ladite portion radiale étant pourvue du revêtement à base de nitrure de chrome. La bague annulaire du manchon conducteur comprend au moins une nervure de retenue s’étendant radialement depuis une face latérale de ladite bague annulaire en direction de la partie stationnaire, ladite nervure de retenue coopérant mécaniquement avec une rainure pourvue à une surface de la bague tournante du roulement. La nervure de retenue est annulaire. La bague annulaire comprend une pluralité de nervures de retenue réparties circonférentiellement. La base annulaire du manchon conducteur comprend une rondelle annulaire s’étendant radialement, ladite rondelle venant en appui axial contre une face frontale de la bague tournante du roulement, et un rebord axial s’étendant axialement depuis une extrémité de ladite rondelle, ledit rebord venant en appui radial sur la bague tournante du roulement. Le rebord axial est monté serré sur la bague tournante du roulement. La seconde extrémité libre desdites fibres de la brosse vient en contact glissant contre la rondelle annulaire, au moins ladite rondelle annulaire étant pourvue du revêtement à base de nitrure de chrome. La base annulaire est entièrement recouverte du revêtement à base de nitrure de chrome. La base annulaire est formée d’un matériau métallique. Par exemple : acier, acier inoxydable, laiton, cuivre, alliage de cuivre, aluminium, alliage d’aluminium. Les fibres de la brosse s’étendent selon une direction inclinée vers ledit revêtement à base de nitrure de chrome. Le roulement comprend et une pluralité d’éléments roulants agencés entre lesdites bagues. Le roulement est un palier lisse. La partie tournante de la machine électrique est un arbre, et la partie stationnaire est un logement. La bague tournante du roulement est une bague intérieure, et la bague stationnaire est une bague extérieure. Brève description des figures La présente invention sera mieux comprise à l’étude de la description détaillée de modes de réalisation, pris à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : est une vue en coupe schématique d’une machine électrique pourvue d’un manchon conducteur selon un premier mode de réalisation de l’invention ; est une vue en coupe schématique d’une machine électrique pourvue d’un manchon conducteur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; est une vue en coupe schématique d’une machine électrique pourvue d’un manchon conducteur selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; est une vue en coupe schématique d’une machine électrique pourvue d’un manchon conducteur selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; est une vue en coupe schématique d’une machine électrique pourvue d’un manchon conducteur selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ; est une vue en coupe schématique d’une machine électrique pourvue d’un manchon conducteur selon un sixième mode de réalisation de l’invention ; et est une vue en coupe schématique d’une machine électrique pourvue d’un manchon conducteur selon un septième mode de réalisation de l’invention. Machine électrique (10) comprenant : - une partie stationnaire (12), - une partie tournante (14), - au moins un roulement (15) supportant en rotation ladite partie tournante (14), ledit roulement (15) comprenant une bague tournante (16) fixée à la partie tournante (14), et une bague stationnaire (17) fixée à la partie stationnaire (12), et - une brosse à fibres de mise à la terre (18), ladite brosse à fibres de mise à la terre (18) comprenant un support (18a) fixée à la partie stationnaire (12) ou à la bague stationnaire (17), et une pluralité de fibres conductrices (19) dont une première extrémité (19a) est fixée audit support (18a), et une seconde extrémité libre (19b), opposée à ladite première extrémité (19a), s’étend vers la partie tournante (14), caractérisée en ce que la machine électrique (10) comprend également un manchon conducteur (20) avec : - une base annulaire (21) formée d’un matériau conducteur électriquement, ladite base annulaire (21) étant fixée à la partie tournante (14) ou à la bague tournante (16) du roulement (15), et - un revêtement conducteur (24) à base de nitrure de chrome (CrN) recouvrant au moins partiellement une surface (22b ; 26 ; 28a ; 29a) de ladite base (21) faisant face à la seconde extrémité libre (19b) des fibres conductrices (19 de la brosse à fibres de mise à la terre (18), de telle sorte que ladite seconde extrémité libre (19b) des fibres (19) est en contact glissant contre ledit revêtement (24) à base de nitrure de chrome. Machine électrique selon la revendication 1, dans laquelle le revêtement (24) à base de nitrure de chrome comprend de l’argent (Ag). Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la base annulaire (21) du manchon conducteur (20) comprend une bague annulaire (22) fixée à la partie tournante (14) ou à la bague tournante (16) du roulement (15). Machine électrique selon la revendication 3, dans laquelle la bague annulaire (22) comprend une surface (22b) de contact glissant pour la seconde extrémité libre (19b) des fibres (19) de la brosse de mise à la terre (18), et au moins ladite surface (22b) de contact glissant de la bague annulaire est pourvue du revêtement (24) à base de nitrure de chrome. Machine électrique selon la revendication 4, dans laquelle la bague annulaire (22) du manchon (20) comprend une piste torique (26) à l’intérieure de laquelle les fibres (19) de la brosse (18) viennent s’étendre, la seconde extrémité libre (19b) desdites fibres (19) de la brosse (18) venant en contact glissant contre la piste torique (26), et au moins ladite piste torique (26) étant pourvue du revêtement (24) à base de nitrure de chrome. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle la base (21) du manchon conducteur (20) comprend en outre une portion radiale (28) s’étendant radialement depuis la bague annulaire (22) en direction de la partie stationnaire (12). Machine électrique selon la revendication 6, dans laquelle lesdites bague annulaire (22) et portion radiale (28) sont connectées par une portion incurvée (29), la seconde extrémité libre (19b) desdites fibres (19) de la brosse (18) venant en contact glissant contre la portion incurvée (29), et au moins la portion incurvée (29) étant pourvue du revêtement (24) à base de nitrure de chrome. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans laquelle la bague annulaire (22) du manchon conducteur (20) comprend au moins une nervure de retenue (22e) s’étendant radialement depuis une face latérale (22d) de ladite bague annulaire (22) en direction de la partie stationnaire (12), ladite nervure de retenue (22e) coopérant mécaniquement avec une rainure pourvue à une surface (16a) de la bague tournante (16) du roulement (15). Machine électrique selon la revendication 3, dans laquelle la base annulaire (21) du manchon conducteur (20) comprend une rondelle annulaire (28) s’étendant radialement, ladite rondelle (28) venant en appui axial contre une face frontale (16c) de la bague tournante (16) du roulement (15), et un rebord axial (22) s’étendant axialement depuis une extrémité de ladite rondelle (28), ledit rebord (22) venant en appui radial sur la bague tournante (16) du roulement (15), le rebord axial (22) étant monté serré sur la bague tournante (16) du roulement (15), la seconde extrémité libre (19b) desdites fibres (19) de la brosse (18) venant en contact glissant contre la rondelle annulaire (28), au moins ladite rondelle annulaire (28) étant pourvue du revêtement (24) à base de nitrure de chrome. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les fibres de la brosse s’étendent selon une direction inclinée vers le revêtement (24) à base de nitrure de chrome.