Brevet FR3161327A1 — publié le 20251017

Dispositif d’alimentation en courant 10 du rotor d’une machine électrique constitué: d’un premier élément fixe 200, en matériau isolant, composé d’une face radiale 202, d’une partie tubulaire 201 portant des oreilles 203 de fixation sur un carter 40 à l’aide des vis 45 et centré sur un épaulement 41 du carter 40 par un diamètre intérieur 201a; d’un second élément fixe 300, en matériau isolant, centré dans le premier élément fixe 200; d’un élément rotatif 100, en matériau isolant, porté par un arbre rotor 20; de deux disques transmetteurs de courant 400 intercalés entre les éléments fixes et l’élément rotatif; caractérisé en ce que dans la partie tubulaire 201 de l’élément fixe 200 est agencé l’élément rotatif 100 entre la face radiale 202 et le second élément fixe 300 et l’ensemble des composants est mis en contact et sous pression par une rondelle ondulée 320 poussant sur le second élément fixe 300 en prenant appui sur le premier élément fixe 200. Figure pour l’abrégé: Fig.1 Dispositif d'alimentation en courant électrique du rotor d'une machine électrique. DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un dispositif d’alimentation en courant électrique comprenant un élément central rotatif, relié aux bornes des bobines du rotor d’une machine électrique, encadré et enfermé par deux éléments fixes reliés à une alimentation électrique en courant continu ou alternatif extérieure à la machine électrique. ETAT DE LA TECHNIQUE l’alimentation des bobines du rotor d’une machine électrique fait appel à un dispositif comportant deux contacts par frottement entre des éléments tournants, anneaux généralement en cuivre appelés aussi collecteurs, portés par une bague isolante agencée sur l’arbre du rotor, connectés aux bobines du rotor et des éléments fixes, les balais, appelés aussi « charbons » en raison de la forte proportion de carbone, portés par une structure isolante fixée sur le carter de la machine électrique. Les machines électriques à rotor bobiné n’ont été retenue que par très peu de constructeurs de voitures automobiles électriques. Pourtant ce type de machine a l’avantage de ne pas nécessiter d’aimants permanents et par conséquent de terres rares et le champ magnétique généré par les bobines du rotor est modulable. En revanche, l’alimentation en courant des bobines présentent des inconvénients: une augmentation de la longueur de la machine; la nécessité de créer une chambre étanche car l’usure des balais libère des poussières; une usure des balais qui peut nécessiter une maintenance; des bagues de collecteurs de petit diamètre afin de limiter la vitesse tangentielle de contact avec les balais. Ce dernier inconvénient nous oblige à associer au moteur un réducteur conventionnel à différentiel déporté. Les bagues de petit diamètre ne permettent pas, en effet, l’association de la machine électrique à un réducteur coaxial, avantageux en packaging, car l’un des arbres de transmission, dont le diamètre fait de l’ordre de 25 à 30mm, traverse l’arbre creux du rotor. Or, le diamètre extérieur des bagues de collecteurs est du même ordre de grandeur de celui de l’arbre de transmission. On connait un moyen de transmission du courant autre que le frottement d’un balai. Il s’agit de la conduction par le contact d’un corps roulant sur un corps fixe. C’est ce moyen qui est utilisé pour la traction électrique sur rail. La motrice d’un train électrique est alimentée en énergie par l’unique câble conducteur d’une caténaire. La machine est soumise à la différence de potentiel entre la caténaire et la terre. Le lien entre la machine électrique de traction et la terre est réalisé via le châssis, l’essieu de la bogie, les roues et les rails. Un dispositif à balais assure la liaison électrique entre l’essieu et les roues afin de protéger les roulements de roues. Un tel dispositif est décrit dans la publication EP 2 724 913. Un dispositif de transmission de courant par un contact tournant est décrit dans la publication FR 2 124 728 (certificat d’utilité de 1972) intitulée « contact électrique tournant ». Le dispositif est similaire à un roulement à billes à contact oblique dont les bagues en tôle intérieure et extérieure possèdent chacune une cosse et sont isolées de l’arbre et du carter. PRESENTATION DE L’INVENTION La présente invention concerne l’alimentation en courant des bobines d’un rotor de machine électrique par deux contacts, alimentation et retour du courant électrique, comprenant les corps roulants. Les corps roulants sont positionnés sur un diamètre suffisamment grand pour permettre la réalisation d’un arbre rotor creux et le passage de l’arbre de transmission d’un réducteur de type coaxial. Mais, le courant transmis par un corps roulant doit rester de faible intensité pour ne pas voir apparaitre d’arc électrique risquant d’endommager le corps roulant proprement dit et ses pistes de roulement. La solution est la multiplication des corps roulants transmettant chacun, en parallèle, une petite fraction du courant. Le dispositif, objet de l’invention, comprend un élément central en matière isolante monté sur l’arbre rotor, entrainé en rotation par des cannelures, servant de support à deux plaques en forme de couronne en matière conductrice, cuivre ou alliage de cuivre, et chacun de ces plaques possède en périphérie intérieure, une languette d’entrainement en rotation par l’élément central et sur laquelle est soudé un fil conducteur électrique de liaison avec les bobines du rotor. Le dispositif comprend un premier élément fixe, en matière isolante, de forme tubulaire entourant l’élément central rotatif, qui possède à une extrémité une face radiale qui porte une plaque en forme de couronne en matière conductrice, qui a, en périphérie extérieure, une languette la rendant fixe comme son élément porteur et sur laquelle est soudé un fil conducteur électrique de liaison à l’alimentation électrique extérieure. Le dispositif comprend un second élément fixe en matière isolante fermant le premier élément fixe creux et formant ainsi une chambre contenant l’élément rotatif. Ce second élément fixe porte aussi une plaque en forme de couronne en matière conductrice. Celle-ci possède, en périphérie extérieure, une languette la rendant fixe comme son élément porteur et sur laquelle est soudé un fil conducteur électrique de liaison à l’alimentation électrique extérieure. Entre la plaque en forme de couronne conductrice du premier élément fixe et l’une des plaques en forme de couronne de l’élément rotatif est intercalé un disque annulaire en matière isolante ou non, portant des corps roulants en matière conductrice, cuivre ou alliage de cuivre, chargés de réaliser une première liaison électrique entre les deux plaques en forme de couronne. Entre la plaque en forme de couronne conductrice du second élément fixe et l’autre plaque en forme de couronne de l’élément rotatif, est également intercalé un disque annulaire, identique au précédent, en matière isolante ou non, portant des corps roulants en matière conductrice, cuivre ou alliage de cuivre, chargés de réaliser une seconde liaison électrique entre les deux plaques en forme de couronne. Le second élément fixe a en périphérie une surépaisseur dont le diamètre intérieur accueille un ressort de type rondelle ondulée, mis sous tension par une rondelle plate arrêtée par un anneau logé dans une rainure du premier élément fixe, ce qui permet une mise sous pression axiale de l’ensemble des éléments et de garantir les contacts permanents des corps roulants avec les deux pistes. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Ces caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels: FIG. 1 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif monté sur l’arbre rotor; FIG. 2 est une vue de face du disque transmetteur annulaire supportant des corps roulants et une coupe selon A-A; FIG. 3 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif passant par la première connexion fixe et la coupe B-B dans le plan de la plaque en forme de couronne conductrice; FIG. 4 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif passant par la seconde connexion fixe et la coupe C-C dans le plan de la plaque en forme de couronne conductrice; FIG. 5 est une vue de face du dispositif coté fixation sur le carter montrant la sortie des deux conducteurs fixes; FIG. 6 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif passant par la première connexion rotative et la coupe D-D dans le plan de la plaque en forme de couronne conductrice; FIG. 7 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif passant par la seconde connexion rotative et la coupe E-E dans le plan de la plaque en forme de couronne conductrice; FIG. 8 est une vue de face du dispositif côté opposé à la face de fixation et montrant la sortie de deux conducteurs rotatifs. La FIG. 1 montre en coupe l’ensemble du dispositif 10 porté par l’arbre rotor creux 20. Il est composé d’un premier élément fixe 200, en matière isolante, contenant, dans sa partie tubulaire 201, les autres composants du dispositif 10. Cet élément fixe 200, possède autour de sa partie tubulaire 201 des oreilles 203 de fixation au carter 40 de la machine électrique par les vis 45. Il est centré par son diamètre intérieur 201a sur l’épaulement 41 du carter. A l’opposé de la face de fixation le premier élément fixe 200 est fermé partiellement par une face radiale 202 ouverte en son centre. Coté interne de la face radiale 202 est fixée, par exemple par collage, une plaque en forme de couronne 210 en matériau conducteur, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre. A l’intérieur de ce premier élément fixe 200 est agencé un élément rotatif 100 possédant une partie cylindrique 101 et une partie discoïde 102. L’élément rotatif 100, porté par l’arbre rotor 20, possède des cannelures d’entrainement 101a, coopérant avec les cannelures 21 de l’arbre rotor. Cet arbre rotor 20 est guidé par le roulement à billes 30, arrêté sur l’arbre par l’anneau d’arrêt 32 et mis en légère précharge par la rondelle élastique 31 agencée entre sa bague extérieure et le carter 40. L’élément rotatif 100 porte de part et d’autre de sa partie discoïde 102 deux plaques en forme de couronne 110 et 120, en matériau conducteur, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre. Un second élément fixe 300 vient enfermer l’élément rotatif 100 dans le premier élément fixe 200. Ce second élément fixe 300 est principalement en forme de disque avec en périphérie une partie cylindrique 302 centrée par son diamètre extérieur 302a dans le premier élément fixe 200. Intérieurement l’élément fixe 300 a une surépaisseur 301. Cette surépaisseur ouverte en son centre, laisse passer librement l’arbre rotor 20 et son diamètre extérieur centre la plaque en forme de couronne 310, en matériau conducteur, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre. Entre les plaques en forme de couronne 110 rotative et 210 fixe d’une part, 120 rotative et 310 fixe d’autre part sont intercalés des disques transmetteurs 400 libres en rotation et centrés par le diamètre extérieur avec un jeu conséquent dans la partie tubulaire 201 du premier élément fixe 200 et par le diamètre intérieur avec un jeu conséquent dans la partie cylindrique 101 de l’élément rotatif 100. La partie cylindrique 302 accueille une rondelle ondulée élastique 320 centrée dans le diamètre intérieur 302b. cette rondelle ondulée 320 est mise en tension par la rondelle 321 arrêtée par l’anneau d’arrêt 322, implanté dans une gorge taillée dans le diamètre 201a du premier élément fixe 200. Cette rondelle ondulée 320, en appui sur le premier élément fixe 200, presse le second élément fixe 300 sur le disque transmetteur 400, lui-même mis sous pression sur l’élément rotatif 100, lui-même mis sous pression sur le second disque transmetteur 400, pressé sur la plaque en forme de couronne 210. Cela assure ainsi au mieux la transmission du courant électrique entre les plaques en forme de couronne en vis-à-vis 110,210 et 120,310. FIG. 2 est une vue de face du disque transmetteur 400. il est similaire à une butée à aiguilles, mais joue un rôle bien différent. Il est composé d’un disque annulaire 401 en matière isolante ou métallique (préférable pour la tenue mécanique) qui possède, sur un cercle, une grande quantité d’ouvertures rectangulaires dans lesquelles sont insérés des rouleaux 402, cylindriques tous identiques, en matière conductrice, en cuivre ou alliage de cuivre, de diamètre supérieur à l’épaisseur du disque annulaire 401. Le choix d’un très grand nombre de rouleaux 402 est la façon de partager le courant électrique et de le limiter, pour chaque contact, à un niveau d’intensité faible diminuant les risques d’arc électrique et d’endommagement. Le choix de rouleaux cylindriques courts est la manière de limiter les frottements par glissement car les extrémités des rouleaux, étant sur des rayons différents ont des vitesses de rotation théoriquement différentes. Cela n’étant pas possible, la compensation est faite pas du glissement qui peut engendrer à l’usage une légère usure. Pour limiter cet effet, les disques transmetteurs sont graissés au montage (graisse conductrice). Les disques étant enfermés par les éléments fixes 200,300 la graisse restera confinée. Les rouleaux pourraient être remplacés par des billes. Cela a un impact négatif sur les contacts qui deviennent ponctuels au lieu de linéiques. L’aménagement des pistes pour passer à deux contacts ponctuels entrainerait une contrainte de positionnement des plaques en forme de couronne en vis-à-vis, l’une fixe et l’autre rotative, disposées de part et d’autre du disque transmetteur. Or par construction, les plaques en forme de couronnes fixes 210,310 sont centrées sur les éléments fixes 200,300 portés par le carter 40 et les plaques en forme de couronne rotatives 110,120 sont centrées sur l’élément rotatif 100 porté par l’arbre de rotor 20. Installer un dispositif de réglage ne parait pas réaliste. Les rouleaux donnent aux plaques en forme de couronne fixes un degré de liberté d’excentration avec les plaques en forme de couronne rotatives. FIG. 3 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif 10 passant par la première connexion fixe et la coupe B-B dans le plan de la plaque conductrice en forme de couronne 310. La plaque en forme de couronne 310, portée par le second élément fixe 300, possède en périphérie extérieure une languette 311. Cette languette occupe une zone de forme adaptée 204 dans le pourtour de la partie tubulaire 201 du premier élément fixe. Cette languette 311, par ailleurs, assure la non-rotation de la plaque en forme de couronne 310. Sur cette languette 311 est rapporté, par exemple par soudure, un conducteur 312 traversant un premier guide 205 porté par l’élément fixe 200, puis un second guide 42 porté par le carter 40 et maintenu par une plaque 43 et une vis 44. FIG. 4 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif 10 passant par la seconde connexion fixe et la coupe C-C dans le plan de la plaque conductrice en forme de couronne 210. La plaque en forme de couronne 210, portée par le premier élément fixe 200, possède en périphérie extérieure une languette 211. Cette languette 211 occupe une zone de forme adaptée 206 dans le pourtour de la partie tubulaire 201, et assure, par ailleurs, la non-rotation de la plaque en forme de couronne 210. Sur cette languette 211 est rapporté, par exemple par soudure, un conducteur 212 traversant un premier guide 207 porté par l’élément fixe 200 puis un second guide 42 porté par le carter 40 et maintenu par la plaque 43 et la vis 44. FIG. 5 est une vue de face du dispositif 10 coté fixation sur le carter montrant les positions relatives des conducteur 212,312 dans les guides 205,207 logés dans les formes adaptées 204,206 dans la partie tubulaire 201 du premier élément fixe. FIG. 6 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif 10 passant par la première connexion rotative et la coupe D-D dans le plan de la plaque conductrice en forme de couronne 120. La plaque en forme de couronne 120, portée par la partie discoïde 102 de l’élément rotatif 100, possède, en périphérie intérieure, une languette 121. Cette languette occupe une rainure adaptée 101c dans la partie cylindrique 101. Cette languette 121, par ailleurs, assure la rotation de la plaque en forme de couronne 120. Sur cette languette 121 est rapporté, par exemple par soudure, un conducteur 122 traversant la partie cylindrique 101 dans le perçage 101b, et sort du dispositif 10. FIG. 7 est une vue en coupe de l’ensemble du dispositif 10 passant par la deuxième connexion rotative et la coupe E-E dans le plan de la plaque conductrice en forme de couronne 110. La plaque en forme de couronne 110, portée par la partie discoïde 102 de l’élément rotatif 100, possède, en périphérie intérieure une languette 111. Cette languette occupe une forme adaptée 101d dans la partie cylindrique 101 et assure, par ailleurs, la rotation de la plaque en forme de couronne 110. Sur cette languette 111 est rapporté, par exemple par soudure, un conducteur 112 traversant la partie cylindrique 101 dans la forme adaptée 101d, et sort du dispositif 10. FIG. 8 est une vue de face du dispositif 10 côté face radiale 202, opposée à la face de fixation sur le carter et montrant la sortie de deux conducteurs rotatifs 122 et 112 dans le perçage 101b et la forme adaptée 101d . Cette vue laisse apparaitre également la languette 111. Dispositif d’alimentation en courant (10) du rotor d’une machine électrique constitué: d’un premier élément fixe (200), en matériau isolant, composé d’une face radiale (202), d’une partie tubulaire (201) portant des oreilles (203) de fixation sur un carter (40) à l’aide des vis (45) et centré sur un épaulement (41) du carter (40) par un diamètre intérieur (201a); d’un second élément fixe (300), en matériau isolant, centré dans le premier élément fixe(200); d’un élément rotatif (100), en matériau isolant, porté par un arbre rotor (20); de deux disques transmetteurs de courant (400) intercalés entre les éléments fixes et l’élément rotatif; caractérisé en ce que dans la partie tubulaire (201) de l’élément fixe (200) est agencé l’élément rotatif (100) entre la face radiale (202) et le second élément fixe(300)et l’ensemble des composants est mis en contact et sous pression par une rondelle ondulée (320) poussant sur le second élément fixe (300) en prenant appui sur le premier élément fixe (200). Dispositif d’alimentation en courant (10) du rotor d’une machine électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que sur la face radiale (202), coté interne de l’élément fixe (200) est rapportée, par exemple par collage, une plaque en forme de couronne (210): en matière conductrice, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre; munie d’une languette (211), logée dans une forme adaptée (206) dans la partie cylindrique (201),rendant fixe la plaque en forme de couronne (210), et sur la languette (211) est fixé un conducteur (212) qui, d’abord, longe la partie cylindrique (201) dans un guide (207) logé dans la forme adaptée (206) puis traverse un guide (42) porté par le carter (40). Dispositif d’alimentation en courant (10) du rotor d’une machine électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que sur le second élément fixe (300), coté orienté face radiale (202), est rapportée, par exemple par collage, une plaque en forme de couronne (310): en matière conductrice, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre; munie d’une languette (311), logée dans une forme adaptée (204) dans la partie cylindrique (201),rendant fixe la plaque en forme de couronne (310), et sur la languette (311) est fixé un conducteur (312) qui, d’abord, longe la partie cylindrique (201) dans un guide (205) logé dans la forme adaptée (206) puis traverse un guide (42) porté par le carter (40). Dispositif d’alimentation en courant (10) du rotor d’une machine électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que sur l’élément rotatif (100) sont rapportée , par exemple par collage, de part et d’autre de sa partie discoïde (102) deux plaques en forme de couronne (110),(120): en matière conductrice, de préférence en cuivre ou en alliage de cuivre; munie chacune d’une languette (111),(121) logée dans les formes adaptées (101d),(110c) de la partie cylindrique (101), rendant rotatives les plaques en forme de couronne (110),(120) et sur ces languettes sont fixés les conducteurs (112),(212) passant le premier dans la forme adaptée (101d), et le second dans un perçage (101b) dans l’élément rotatif (100), afin de pouvoir être connectés aux bobines du rotor. Dispositif d’alimentation en courant (10) du rotor d’une machine électrique selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’entre les plaques en forme de couronne (110),(210) d’une part et (120),(310) d’autre part sont intercalés les disques transmetteurs (400) composés d’un disque annulaire (401) en matière isolante ou métallique (préférable pour la tenue mécanique) et qui possède, sur un cercle, une grande quantité d’ouvertures rectangulaires dans lesquelles sont insérés des rouleaux (402), cylindriques tous identiques, en matière conductrice, en cuivre ou alliage de cuivre, de diamètre supérieur à l’épaisseur du disque annulaire (401). Dispositif d’alimentation en courant (10) du rotor d’une machine électrique selon les revendications 1 et 5 caractérisé en ce l’ensemble des composants, pour assurer ainsi au mieux la transmission du courant électrique entre les plaques en forme de couronne en vis-à-vis 110,210 et 120,310 est mis sous pression par une rondelle ondulée (320) implantée dans un diamètre (302b) du second élément fixe (300) sur laquelle s’appuie une rondelle (321) maintenue par un anneau d’arrêt (322) implanté dans une gorge du premier élément fixe (200).