FR 2007583 A1 19700109 FR 6913549 A 19690429 69 13549 i 2007583 La présente invention concerne un dispositif d'actionnement des balais des machines électriques et a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif d'actionnement des balais qui s'applique d'une façon particulièrement convenable aux moteurs 5 électriques servant de démarreurs pour des moteurs à combustion interne et conçus pour continuer à fonctionner après le démarrage du moteur à combustion interne, par exemple parce que leur partie tournante est agencée de façon à effectuer une autre opération telle que la production d'un courant électrique. Dans ce 10 cas, il est souhaitable que les balais du moteur servant de démarreur soient écartés du collecteur lorsque l'opération de démarrage est achevée et qu'ils soient maintenus dans leur position haute pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne après son démarrage ce qui permet de réduire consi-15 dérablement l'usure du collecteur et des balais, la présente invention est matérialisée dans un dispositif d'actionnement des balais comprenant un organe de relevage des basais qui est entraîné par des éléments .élastiques jusçji 'à une position dans laquelle il s'applique contre le mécanisme porte-20 balais et dans laquelle les balais sont écartés du collecteur à 1'encontre de l'action de leurs ressorts d'application, et un ensemble électromagnétique que l'on peut commander pour déplacer l'organe de relevage des balais à 1'encontre de l'action des éléments élastiques, permettant ainsi aux balais d'être amenés 25 en contact avec le collecteur par leurs ressorts dâapplication et écartant l'organe de relevage des balais de son appui de fonctionnement contre le mécanisme porte-balais. l'ensemble électromagnétique est de préférence du type rotatif et comporte une partie fixe munie d'un jeu de pièces po-30 laires extérieures situées à une certaine distance périphérique l'une de l'autre par rapport à l'ensemble électromagnétique et d'un jeu de pièces polaires intérieures situées d'une façon similaire à une certaine distance l'une de l'autre et conçues pour faire face aux pièces polaires extérieures de part et d'autre d'un 35 entrefer radial, un organe d'excitation de préférence un enroulement d'excitation, conçu pour produire un champ magnétique dans lequel les pièces polaires intérieures et extérieures sont respectivement aimantées suivant des polarités opposées, et une partie mobile ou tournante comportant tin jeu de pièces polaires sus cep ti-40 bles d'être aimantées, placées à des distances angulaires simi 69 13549 2 2007583 laires par rapport aux pièces polaires fixes et conçues.de façon à pouvoir pénétrer facilement, grâce à la rotation de la partie mobile dans 1*entrefer existant entre les pièces polaires fixes intérieures et extérieures, en laissant des entrefers, radiaux 5 résiduels au niveau de leurs surfaces intérieures et extérieures, au moins l'un de ces entrefers résiduels variant en largeur Radiale depuis une position de fonctionnement maximal lorsque la pièce polaire mobile est sensiblement écartée en rotation de ^entrefer existant entre deux pièces polaires fixes coagissantes, 10 jusqu'à une position de fonctionnement minimal lorsque la pièce polaire mobile a pénétré sur une distance maximale dans l'entrefer existant entre les deux pièces polaires fixes coagissantes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation appliqué à un groupe 15 réversible formant alternateur-génératrice et excitatrice-démarreur, tel que celui décrit dans la demande de brevet déposée en France par la Demanderesse le 16 Avril 1969 et ayant pour titre "machine électrique", et en se référant au dessin annexé dans lequel î- La fig. 1 est une vue en coupe axiale du groupe électri-20 qne réversible complet. La fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant 2-2 de la fig. 1, le secteur A montrant la position basse ou d'application des balais et le reste de la figure montrant la position haute ou écartée des balais. 25 La fig. 3 est une vue en coupe transversale suivant 3-3 de la fig. 1. Si l'on se réfère maintenant au dessin,, le groupe électrique réversible comprend une carcasse constituée de deux éléments cuirassés 1 et 2 dans lesquels un rotor 9 et un induit 17, 30 portés par un arbre commun 7, peuvent respectivement tourner dans un ensemble statorique 11 et dans un ensemble inducteur 18. l%n-roulement 19 de 1'induit 17 est connecté à un collecteur 20 qui lorsque la partie tournante fonctionne comme un moteur pour démarrer un moteur à combustion interne accouplé à l'arbre 7 par un 35 court arbre d'accouplement 23, coopère avec un jeu de balais 21 (dont un seulement•est représenté). Un dispositif d'actionnement des balais .30 est prévu pour soulever les balais 21 ou les écarter du collecteur, sauf lorsque l'ensemble moteur 17s 18 est excité pour faire démarrer un moteur à combustion interne qui lui 40 est associé et lorsque la vitesse de sa partie tournante est 69 13549 3 2007583 inférieure à une valeur prédéterminée se situant entre les vîtes— ses correspondant respectivement à la vitesse auto—entretenue et à la vitesse de fonctionnement normale du moteur à combustion interne qui doit être démarré, la construction indiquée jusqu'ici 5 est décrite en détail dans la demande de brevet déjà citée, mais le dispositif d'actionnement des balais va maintenant être décrit plus en détail en se référant aux dessins afférents. le dispositif d'actionnement des balais oaaprend un ensemble électromagnétique tournant comportant une structure fixe 33 10 ayant la forme annulaire d'une bague à profil correspondant sensiblement à une section en U dont le côté ouvert fait face à l'induit 17 et qui permet de loger, au fond du U , en enroulement d'excitation 34 coaxial avec l'arbre 7 • A l'extrémité ouverte du U , la paroi extérieure de la structure annulaire 15 est subdivisée ou découpée pour former un certain nombre de pièces polaires extérieures 35 régulièrement espacées dont chacune fait face, à une certaine distance radiale, à une pièce polaire intérieure 36 reliée à la paroi radialement la plus à l'intérieur de la structure annulaire 33 à section en U • 20 Cette structure fixe est portée par une pièce 37 dans un earter fixe 38 rendu solidaire de l'extrémité extérieure de l'élément cuirassé 2 de la carcasse e t comportant un perçage axial 39 dont la paroi est située à une certaine distance radiale de l'arbre 7 • Uh roulement à aiguilles 40 permet de monter dans 25 le perçage 39 un manchon 41 à partir duquel s'étend un plar-teau annulaire 42 qui peut donc tourner autour de l'axe de la structure fixe 33 et qui porte des plaquettes 43 susceptibles d'être aimantées, formant les pièces polaires de la partie tournante ou mobile et faisant saillie à partir du plateau jus-3Q que dans l'espace annulaire déterminé par la surface radialemat la plus à l'intérieur des pièces polaires extérieures 35 et la surface radialement la plus à l'extérieur des pièces polaires intérieures 36 9 l'épaisseur radiale des pièces polaires tournan-"fc® mobiles 43 étant légèrement inférieure à la distance ra-35 diale minimale existant entre ces surfaces de façon à ménager un entrefer à la fois au niveau du côté radialement le plus à l'intérieur et au niveau du côté radialement le plus à l'extérieur de chaque pièce polaire mobile lorsque cette pièce polaire a été déplacée sur la distance ou profondeur maximale dans l'espace 40 existant entre ces pièces polaires fixes les plus à l'intérieur 13549 4- 2007583 et les plus à 1* extérieur 35 et: 36 . Comme le montre plus clairement la fig. 2f un certain nombre de ressorts spiraux 44 ont chacun leur partie centrale fixée au carter fixe 38 et leur extrémité extérieure fixée à 5 un bloc 45 qui est assujetti au plateau 42, de sorte que lorsque les pièces polaires mobiles sont déplacées grâce à l'excitation de l'enroulement 34 , jusqu'à la position 43a représentée dans le secteur A visible sur la fig. 2, les ressorts spiraux 44 sont mis sous tension à cause de l'extension ou 10 de la contrainte exer*ée sur leurs parties extérieures 46 , de sorte qu'à l'interruption de l'excitation de l'enroulement 34, les ressorts 44 ramènent le plateau 42 à la position angulaire dans laquelle ses pièces polaires mobiles occupent la position représentée en 43 dans le reste de la même figure 2, 15 c*est«j»à-dire à l'extérieur du secteur A • les balais 21 du collecteur sont montés dans des bras porte-balais 47 qui, comme le montre la fig. 3 , sont articulé s en 48 dans la, structure fixe, et les bras 47 sont entraînés par des ressorts 49 £• façon à appliquer les balais 21 sur 1® eellecteur 20. Chaque-20 bras porte-balais 47 est associé à un bloc formant came 50 comportant une face de relevage 51 inclinée de façon convenable, et quatre galets de relevage 52 sont portés par le plateau 42 de telle façon que, lorsqu'à la fin de l'opération de démarrage le plateau 42 se déplace pour écarter ses pièces polaires de 25 la position 43a représentée dans le secteur A visible sur la fig. 2 jusqu'à la position 43 représentée à l'extérieur du secteur A visible sur la fig. 2, chaque bras porte-balai 47 vienne en contact avec l'un des galets 52 • Après son application sur la face 51 , le galet considéré coopère avec celle—ci pour sou-30 lever le Taras porte-balai 47 correspondant par l'intermédiaire du bloc formant came 50 et pour écarter ainsi le balai 21 du collecteur 20. L'enroulement 34 peut être monté en parallèle avec le circuit comprenant les balais, l'enroulement d'induit 19 et l'enroulement inducteur série 22, de sorte que, lorsque le 35 moteur à combustion interne doit être démarré et avant qu'aucune tension ne soit appliquée à l'ensemble moteur-démarreur par l'intermédiaire des balais 21, l'enroulement 34 est excité et le flux magnétique résultant de cette excitation provoque la rotation du plateau 42 de façon à déplacer les pièces polaires 43 de 40 l'ensemble électromagnétique tournant depuis leur position normale 69 13549 5 2007583 représentée en fig» 2 à l'extérieur du secteur A jusqu'à leur position 43a représentée à l'intérieur du secteur A. Cette excitation amène donc le plateau 42 à tourner dans le sens de la flèche X , déplaçant ainsi les galets .52 le long des faces 5 51 des cames à 1*encontre de l'action des ressorts spiraux 44 de façon à permettre aux ressorts 49 d'appliquer les balais 21 sur le collecteur 20. Lorsque, à la suite de cette opération de démarrage, le moteur à combustion interne a commencé à fonctionner et que sa vitesse a atteint une valeur intermédiaire entre •jO la vitesse auto-entretenue et la vitesse minimale de fonctionnement normal, un commutateur sensible à la vitesse 53 , commandé par exemple par l'apparition d'une tension de sortie aux bornes 14 ou 16 de l'ensemble alternateur-génératrice de la machine réversible, interrompt le courant de démarrage et en même t emps 15 l'excitation de l'enroulement 34 , permettant ainsi aux ressorts 44 de ramener le plateau 42 à sa position illustrée à l'extérieur du secteur A et, pendant ce déplacement, les galets 52 coopèrent avec les faces d'attaque 51 des blocs formant cames 50 pour soulever les bras porte-balai s 47 à l'encontre de l'ac-20 tion exercée par les ressorts 49 d'application d'une pression sur les balais et relève ainsi ou" écarte les balais 21 par rapport au collecteur 20. A titre d'exemple, un groupe réversible a été prévu pour être adapté à un dispositif transmetteur d'énergie motrice associé 25 à une turbine à gaz d'engin aérien dont la vitesse de fonctionnement normale était de 12.000 t/m., le dispositif de relevage des balais étant conçu pour écarter les balais du moteur-démarreur pour une Vitesse du moteur à combustion interne correspondant à 7.000 t/m et, bien que cette vitesse ne fût que les 7/l2èmes de 30 la vitesse de fonctionnement à plein régime, elle était environ deux fois la vitesse d'auto-entretien, ce qui, d'une part, permettait de diminuer les risques d'une panne au démarrage et, d'autre part, assurait que les balais ne seraient jamais en contact avec le collecteur pour une valeur quelconque de la vitesse cor-35 respondant sensiblement à la vitesse de plein régime du moteur à combustion interne, cette particularité aidant énormément à 1?obtention d'une grande durée de vie pour le collecteur et les balais entre les révisions. 69 13549 e 2007583 Du fait que le couple opposé par les ressorts spiraux 44 au déplacement angulaire du plateau 52 augmente avec le déplacement progressif de ce dernier depuis la position correspondant à la position haute des balais jusqu'à celle correspondant à leur 5 position basse, il est souhaitable de s'assurer que le couple fourni par l'ensemble électromagnétique tournant suit une loi sensiblement similaire et qu'au moins, il ne diminue pas exagérément pendant le déplacement progressif d'application des balais. Pour approcher cette condition, les surfaces en vis à vis des pièces polaires 43 10 de l'ensemble électromagnétique tournant et des pièces polaires de la structure annulaire fixe 33 sont, dans le mode préféré de réalisation qui est illustré, déplacées angulairement dans le sens circonférentiel de telle façon que l'entrefer existant au moins au niveau de l'une des surfaces radialement le plus à l'intérieur 15 et le plus à l'extérieur des pièces polaires 43 devient plus ê— troit lorsque celles-ci pénètrent, à cause de la rotation du plateau 42, dans l'espace existant entre les pièces polaires les plus à l'intérieur et les plus à l'extérieur 35 et 36 de la structure annulaire fixe 33 faisant partie de l'ensemble électro-20 magnétique • Cette particularité est clairement visible sur la fig. 2 au niveau de la surface radialement la plus à l'extérieur 36a des pièces polaires 36. Des moyens d'arrêt convenables (non représentés) sont de préférence prévus pour limiter le déplacement du plateau 42 25 dans le sens de la flèche X sous l'action de l'enroulement 34 de l'ensemble électromagnétique tournant, et également pour limiter son déplacement dans le sens opposé sous l'action des ressorts spiraux 44. , cette dernière limite étant choisie de telle sorte que l'extrémité se trouvant en tête de chaque pièce polaire mobile 30 ou tournante 43 pendant le déplacement dans le sens de la flèche X soit plus proche de la plus proche paire de pièces polaires 35 et 36 que l'extrémité opposée de ces mêmes pièces polaires ne l'est de la paire suivante de pièces polaires 35 et 36. Cela donne l'assurance qu'un couple important est produit dans le sens dé-35 siré lorsque l'enroulement 34 est excité initialement. Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 69 13549 7 2007583 SBÏÏIBICilIOSS 1,- Dispositif pour actionner un mécanisme à balais formant partie d'une machine électrique et comporirant un collecte-y :,t au moins un balais de, collecteur porté par ce mécanisme pour lui com-muniquer des mouvements le mettant en contact avec le collecteur, et l'écartas^ ; de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de relevage des balais qui est entraîné par des éléments élastiques jusqu'à une position dans laquelle il s'applique contre le mécanisme porte-balais et dans laquelle les balais sont écartés 10 du collecteur à l'encontre de l'action de leurs ressorts d'application, et un ensemble électromagnétique que l'on peut commander pour déplacer l'organe de relevage des balais à 1*encontre de l'action des éléments élastiques, permettant ainsi aux balais d'être amenés en contact avec le collecteur par leurs ressorts d'a-15 plication et écartant l'organe de relevage des balais de son appui de fonctionnement contre le mécanisme porte-balais» 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble électromagnétique est du type tournant» 3»~ Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en 20 ce que l'ensemble électromagnétique tournant comporte une partie fixe munie d'un jeu de pièces polaires extérieures situées à une certaine distance périphérique l'une de l'autre par rapport à l'ensemble électromagnétique et d'un jeu de pièces polaires intérieures situées d'une façon similaire à une certaine distance l'une 25 de l'autre et conçues pour faire face aux pièces polaires extérieures de part et d'autre d'un entrefer radial, un organe d'excitation conçu pour produire un champ magnétique dans lequel les pièces polaires intérieures et extérieures sont respectivement aimantées suivant des polarités opposées, et une partie mobile ou 30 tournante comportant un jeu de pièces polaires susceptibles d'être aimantées, placées à des distances angulaires similaires par rapport aux pièces polaires fixes et conçues de façon à pouvoir pénétrer facilement, grâce à la rotation de la partie mobile dans l'entrefer existant entre les pièces polaires fixes intérieures et 35 extérieures, en laissant des entrefers radiaux résiduels au niveau de leurs surfaces intérieures et extérieures, au moins l'un de ces entrefers résiduels variant en largeur radialà depuis une po-éition de fonctionnement maximal lorsque la pièce polaire mobile est sensiblement écairtée en rotation de l'entrefer existant entre 40 deux pièces polaires fixes coagissantes, jusqu'à une position de 13549 s 2007583 fonctionnement minimal lorsque la pièce polaire mobile a pénétré sur une distance maximale dans l'entrefer existant entre les deux pièces polaires fixes coagissantes. 4.-" Dispositif suivant la revendication 1, destiné à 5 être utilise avec un moteur prévu pour faire démarrer un moteur à combustion interne, caractérisé enos que l'ensemble électromagnétique tournant est conçu pour être excité automatiquement avant l'excitation du circuit comprenant les balais du collecteur et 1* enroulement inducteur du moteur—démarreur monté en série avec 10 son induit. 5.~ Dispositif suivant là revendication 4» caractérisé en ce que le circuit d'excitation de l'ensemble électromagnétique tournant comprend un commutateur interrompant le circuit lorsque et aussi longtemps que la vitesse de l'induit dépasse une valeur 15 prédéterminée.