EP2579399B1 - Collecteur électrique à gaines tubulaires d'isolation mécaniquement indépendantes des cils - Google Patents

Collecteur électrique à gaines tubulaires d'isolation mécaniquement indépendantes des cils Download PDF

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EP2579399B1
EP2579399B1 EP20120187060 EP12187060A EP2579399B1 EP 2579399 B1 EP2579399 B1 EP 2579399B1 EP 20120187060 EP20120187060 EP 20120187060 EP 12187060 A EP12187060 A EP 12187060A EP 2579399 B1 EP2579399 B1 EP 2579399B1
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EP
European Patent Office
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tubular sheath
wiper
eyelash
collector according
tracks
Prior art date
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EP20120187060
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German (de)
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EP2579399A1 (fr
Inventor
Jean-Bernard Mondier
Michel Orliange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Eurofarad EFD SAS
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Eurofarad EFD SAS
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Publication date
Application filed by Centre National dEtudes Spatiales CNES, Eurofarad EFD SAS filed Critical Centre National dEtudes Spatiales CNES
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/40—Securing contact members in or to a base or case; Insulating of contact members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R13/02—Contact members
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/39—Brush holders wherein the brush is fixedly mounted in the holder

Definitions

  • An electrical collector includes a first part supporting a plurality of electrically conductive cilia (i.e., electrically conductive and flexural cylindrical wires or strands), and a second part carrying a plurality of electrically conductive tracks.
  • each eyelash comprising a portion, said proximal end, embedded in the first piece, from which it extends longitudinally being elastically biased in bending against one of the electrically conductive tracks carried on the second piece, presenting a zone electrical contact on this track.
  • the eyelashes are electrically isolated from each other, and the tracks are also electrically isolated from each other.
  • at least a portion of adjacent eyelashes are connected at their proximal end to the same electrical potential, and at least a portion of the tracks receiving eyelashes adjacent to the same potential are themselves electrically connected and at the same electrical potential. .
  • Such an electrical collector may in particular be used to transfer signals or electrical power between moving parts relative to each other. It may be in particular a rotating collector, the two moving parts being rotatably mounted relative to each other, the electrically conductive tracks extending on a cylindrical wall of revolution.
  • the first part is a stator radially outside a rotor forming the second part, the electrically conductive tracks being formed on an outer cylindrical wall of this rotor, parallel to each other.
  • the opposite is possible (rotor carrying eyelashes inside a hollow cylindrical stator whose cylindrical inner wall of revolution carries tracks).
  • the invention also applies to a non-rotating electrical commutator, in particular of the static type, the two parts being fixed relative to one another, or in which the two parts are in relative motion with respect to each other. the other with displacements other than a simple rotation about an axis, for example displacements in relative or more complex translations (in particular with helical tracks, or extending longitudinally with undulations or irregularities ).
  • Such an electrical collector is particularly commonly used in space systems, for example to transfer electrical power from photovoltaic panels in permanent rotation with respect to a frame of the space system.
  • the eyelashes resiliently biased in bending against the tracks are the seat of elastic stresses whose value must remain sufficient in time to ensure a good quality of the electrical contact. It should be noted in particular that this problem is particularly acute in space or aeronautical systems whose lifetime must be certified and important, typically of the order of 10 years.
  • Such an electrical collector must also be robust from the point of view of its electrical operation, and, in particular, ensure sufficient electrical insulation between the tracks and between the eyelashes so as to avoid any inadvertent formation of short circuits (for example by spontaneous formation of electric discharges and / or conductive plasma) between adjacent eyelashes and / or between adjacent tracks.
  • this problem is particularly acute in space systems, the spontaneous generation of untimely plasmas occurring much more easily in a vacuum.
  • FR 2857169 discloses a method of manufacturing insulated electrically conductive elements of a rotating collector wherein each conductive electrical element is intimately covered with one or more layers of electrically insulating enamel, a portion of which is stripped to form an electrical contact zone. This solution provides satisfactory electrical insulation, but the inventor has found that it has the disadvantage of substantially alter the mechanical characteristics of the eyelashes, and their behavior over time.
  • the invention therefore aims to overcome these disadvantages by proposing an electrical collector that simultaneously satisfies both problems. mentioned above, that is to say in which the quality of the electrical contacts between the eyelashes and the tracks can be certified and remain constant over a long life, and in which inadvertent short circuits are prevented.
  • the invention also aims to achieve this goal simply, reproducibly and inexpensively. It also aims to provide such an electrical collector which is compatible in particular with its integration onboard a space system or other.
  • the inventor has surprisingly found that, although the peripheral electrical insulation of an eyelash is normally not mobile with respect to this operating eyelash, it is found that the aging characteristics of the collector can be considerably improved by the simple fact of providing a tubular sheath of electrical insulation exclusively carried, at its proximal end, by said first piece, said tubular sheath and the eyelash being mechanically independent (that is to say in particular not directly related l to each other) all along the tubular sheath, with the exception of their proximal ends which are both recessed on said first piece which acts as a common support for the tubular sheath and the eyelash which it surrounds.
  • said tubular sheath extends around the eyelash with a radial clearance.
  • a radial clearance means that the tubular sheath is not in particular tight or glued against and around the eyelash, and that the overall radial dimension overall of the tubular sheath is greater than the radial outer dimension overall of the portion of the eyelash. she surrounds.
  • the tubular sheath has a cylindrical inner bore of revolution greater in diameter than the outer diameter of the portion of the eyelash that it surrounds.
  • Such a radial clearance guarantees a perfect mechanical independence allowing longitudinal relative sliding of the tubular sheath relative to the eyelash that it surrounds.
  • said tubular sheath is formed of an electrically insulating (dielectric) synthetic material having a flexural stiffness lower than the bending stiffness of the eyelash it surrounds. More particularly, advantageously and according to the invention said tubular sheath is formed of a synthetic material having a modulus of elasticity in flexion less than the modulus of elasticity in bending of the eyelash that it surrounds. In this way, the possible elasticity in flexion of the tubular sheath does not substantially interfere with that of the eyelash.
  • tubular sheath may be formed of any synthetic polymeric dielectric material.
  • said tubular sheath is advantageously formed of a flexible material chosen from the group of polyimides.
  • Each eyelash further has a distal end, opposite its proximal end embedded in said first piece, which also extends between insulation ribs.
  • the height of each insulation rib with respect to adjacent tracks that it separates is sufficient for the shortest path, bypassing said insulation rib, between eyelashes in contact with the adjacent tracks that it separates, or between an eyelash of one of the tracks and the other adjacent track that it separates, corresponds to a threshold of instability of an electric arc that may form between these eyelashes in contact with the adjacent tracks that it separates, or between this eyelash of one of the tracks and the other adjacent track that it separates.
  • the tubular sheath may extend over the entire length of an eyelash (up to its distal end), while being partially stripped against a track of the second piece so as to present the electrical contact zone between the eyelash and this track.
  • said tubular sheath may extend only between the proximal end of the eyelash and at a distance from said electrical contact zone of the eyelash with the track, the tubular sheath being continuous (not stripped) between its proximal end and its distal end. which is located in a zone of space extending between isolation ribs but at a distance from said electrical contact zone that it does not reach, the eyelash extending longitudinally beyond the distal end tubular sheath to form said electrical contact zone between the eyelash and the track.
  • the length of each eyelash from the first part is adapted so that the free distal end of the eyelash is located in a zone of space between insulation ribs.
  • the free distal end of the eyelash does not exceed, after said electrical contact zone of the eyelash with the track, the area of space between insulation ribs.
  • an isolation rib is interposed between stripped distal portions of two adjacent eyelashes cooperating respectively with two adjacent tracks separated by the isolation rib.
  • adjacent eyelashes cooperating respectively with adjacent tracks separated from each other by an isolation rib are at no point along these eyelashes immediately in line of sight of each other, but are at are either protected by a dielectric tubular sheath or separated by a dielectric insulation rib. Any electric arc between adjacent eyelashes or between an eyelash and an adjacent track is thus avoided.
  • each eyelash can be single-stranded, that is to say formed of a single strand (wire) electrically conductive; or on the contrary multi-stranded, that is to say formed of a plurality of strands (son) (especially at least 6) electrically conductive, adjacent and parallel to each other, or otherwise braided into a cable forming the eyelash.
  • the length of each eyelash from the first part is adapted so that the eyelash has a free distal end of the eyelash located in a zone of space between ribs of insulation (the eyelash not exceeding this zone).
  • the two parts are mounted so as to be relatively movable relative to each other.
  • the invention also relates to a collector characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below.
  • a collector according to the invention comprises a first part 11 supporting a plurality of electrically conductive eyelashes 13, and a second part 12 having a plurality of electrically conductive tracks 14.
  • the second piece 12 is a generally cylindrical rotor
  • the first piece 11 is a support mounted fixed outside the rotor 12 so that the eyelashes 13 extend longitudinally relative to the first piece 11 to come tangentially to the contact of the circular tracks 14 arranged on the periphery of the outer cylindrical face of the second part 12.
  • the invention nonetheless applies to other embodiments of the parts 11, 12, for example moving parts in translation, one for report to the other, with straight tracks or not.
  • Each lash 13 has a proximal end 15 rigidly embedded in the first piece 11 and fixed thereto, for example by a solder 19.
  • the proximal end 15 of the lashes 13 is passed through a through-hole 20 of the first piece 11 so as to protrude from a face 21, said external face, metal of the first piece 11 facing away from the second piece 12.
  • the solder 19 is formed around the proximal end 15 protruding eyelash 13 on said outer face 21.
  • the dimensions of the lumen 20 are greater than the diameter of the proximal end 15 of the eyelash 13 so that the eyelash 13 is flexed in the lumen 20.
  • Each eyelash 13 furthermore has a free distal end 17 and, between the proximal end 15 and the distal end 17, an electric contact zone 22 of the eyeliner 13 with a track 14 of the second part 12.
  • the light 20 is oriented relative to the second piece 12 so that the eyelash 13 abutted in the lumen 20 and in contact with the track 14, is flexibly deformed in flexion with an elastic residual bending stress which resiliently recalls it in flexion against the track 14.
  • each eyelash 13 may be single-stranded and formed of a single thread (embodiment shown in the upper part of the figure 1 ) an electrically conductive material selected to have sufficient flexural stiffness; or on the contrary be multi-stranded, that is to say formed of a plurality of wires (embodiment shown in the lower part of the figure 1 ) of electrically conductive material chosen so that the eyelash 13 has sufficient flexural rigidity.
  • the different son constituting the same eyelash 13 are parallel and adjacent to each other. None prevents alternatively to provide an eyelash 13 formed of braided son in the form of a cable, since the resulting bending stiffness is also sufficient.
  • each eyelash 13 may be formed of an electrically conductive material having a modulus of elasticity in flexion of between 50 GPa and 150 GPa, in particular of the order of 80 GPa.
  • each lash 13 is formed of an electrically conductive material chosen from the group of alloys of noble metals, in particular from gold alloys, silver alloys and copper alloys.
  • the tracks 14 are, in the example shown, peripheral circular tracks, each track 14 extending generally along a radial plane of the second piece 12.
  • the second cylindrical piece 12 of revolution has a plurality of circular tracks 14 juxtaposed some to others in the axial direction of this second piece 12.
  • Each track 14 is preferably formed of a groove whose transverse cross section is adapted to promote electrical contact between the eyelash 13 and the track 14.
  • this cross section is V-shaped, or trapezoidal, for providing a plurality of contact points of the eyelash 13 with the track 14; or a curve, in particular a circular curve, of shape and curvature (in particular of diameter) corresponding to the shape and the curvature (in particular of the diameter) of the transverse cross section of the eyelash to allow contact theoretically along a curve; or simply flat or other.
  • Each electrically conductive track 14 is advantageously formed of a throat made of electrically conductive material selected from the group of copper alloys, copper alloys coated with a deposit, gold alloys (especially gold alloyed with typical hardness included between 100 and 400Hv), and silver alloys.
  • the second part 12 has insulation ribs 23 interposed between adjacent tracks 14 in order to isolate them electrically from each other.
  • These ribs 23 are of dielectric material, and extend radially protruding from the tracks 14 over a height (in the radial direction of the second part 12) chosen so as to prevent the formation of an electric arc between two tracks 14 adjacent and separated by a rib 23. More particularly, the height of each rib 23 of insulation with respect to adjacent tracks 14 which it separates is adapted so that the shortest path between these tracks 14 adjacent, bypassing said rib 23 insulation, corresponds to a threshold of instability of an electric arc may be formed between these tracks 14 adjacent.
  • each rib 23 of insulation is sufficient for the shortest path, bypassing said rib 23 insulation, between eyelashes 13 in contact with adjacent tracks 14 that separates, or between an eyelash 13 of one of the tracks 14 and the other adjacent track 14, corresponds to an instability threshold of an electric arc may be formed between these eyelashes 13 or between the eyelash 13 and the other adjacent track 14.
  • These isolation ribs 23 can be made as described for example by FR 2928772 .
  • Isolation ribs 23 may be provided between each pair of adjacent tracks 14 or, on the contrary, as shown, between adjacent groups (pairs in the example represented) of several tracks 14, the tracks of the same group n ' being not separated by isolation ribs.
  • the eyelashes 13 and the tracks 14 are grouped in pairs, in order to ensure redundancy of the electrical contacts, each pair of eyelashes 13 and tracks 14 being capable of being placed at the same electrical potential, but the electric potentials at which the different pairs of eyelashes 13 and tracks 14 are likely to be placed being different.
  • the eyelashes 13 are electrically isolated from other eyelashes 13 which may be placed different electrical potentials.
  • the first piece 11 has electrically insulating separations (not shown) between the portions that support the eyelashes 13 respectively.
  • the second piece 12 has electrically insulating separations (not shown) between the tracks 14 may be placed at different electrical potentials.
  • Each lash 13 is surrounded, from its proximal end embedded in the first piece 11, with a tubular tubular 24 of electrical insulation having a proximal end 16 embedded in the first piece 11 so that said tubular sheath 24 is worn. by the first piece 11.
  • the first piece 11 has on its face 25 facing the second piece 12, a recess 26 peripheral around the through 20 receiving the eyelid 13.
  • the proximal end 16 of the sheath 24 tubular comes against the peripheral edge of the lumen 20 in the recess 26.
  • a seal 27 of electrically insulating material is placed around the proximal end of the tubular sheath 24, in the recess 26, to ensure its retention relative to the first piece 11 and the electrical insulation of the portion of the eyelash 13 not covered by the tubular sheath 24 and coming out of the light 20 on the side of the ace 25 of the first piece 11 facing the second piece 12.
  • the seal 27 is made by depositing a drop of dielectric curable liquid composition chosen to adhere to both the first piece 11, the sheath 24, and the eyelash 13.
  • the material constituting the seal 27 is also chosen so that the latter is flexible in order to allow slight relative displacements between the sheath 24 and the first part 11.
  • this seal 27 is made of a thermosetting material, especially selected from the group of epoxy resins, polyurethane resins and silicone elastomeric resins.
  • the tubular sheath 24 extends from its proximal end 16 around the eyelash 13 to a distal end 18 of this sheath 24. tubular. The tubular sheath 24 extends around the eyelash 13 leaving at least said zone 22 of electrical contact of the eyelash 13 with a track 14.
  • the tubular sheath may extend over the entire length of an eyelash 13 (to its distal end 17), while being partially stripped in relation to a track 14 of the second part 12 so as to present the zone 22 of electrical contact between the eyelash 13 and this track 14.
  • the tubular sheath 24 extends only between its proximal end and its end. distal end 18 which is located in a zone of space extending between insulation ribs 23 but spaced from the second piece 12 and said zone 22 of electrical contact of the eyelash 13 with a track 14.
  • the tubular sheath 24 does not reach the zone 22 of electrical contact of the eyelash 13 with a track 14, its distal end 18 remaining remotely, on the side of its proximal end 16, of this zone 22 of electrical contact.
  • the length of the tubular sheath 24 is therefore less than the distance separating the recess 26 of embedding its proximal end 16, and the zone 22 of contact of the eyelash 13 with a track 14.
  • the tubular sheath 24 is formed of an electrically insulating synthetic material, flexible inelastic or having a flexural stiffness less than the flexural rigidity of the eyelash 13 that it surrounds.
  • a synthetic material forming said tubular sheath 24 having a modulus of elasticity in flexion less than the flexural modulus of elasticity of the constituent material of the eyelash 13 which it surrounds.
  • the tubular sheath 24 is formed of a material having a modulus of elasticity in flexion of between 500 MPa and 10000 MPa, for example of the order of 2500 MPa.
  • tubular sheath 24 may advantageously be formed of a flexible material chosen from the group of polyimides. Other similar materials with equivalent electrical and mechanical characteristics may be used.
  • the tubular sheath 24 and the eyelash 13 are, in addition to their embedding connection on said first piece 11, mechanically independent so that relative longitudinal slips between the tubular sheath 24 and the eyelash 13 are possible, located along the eyelash 13.
  • all the structural arrangements allowing these relative longitudinal sliding of the tubular sheath 24 with respect to the eyelash 13 beyond their proximal ends 15, 16, recessed at the first part 11, are possible within the scope of the invention.
  • a tubular sheath 24 made of a synthetic material having a low static coefficient of friction, for example a fluorocarbon polymer.
  • the tubular sheath 24 is a tube that extends around the eyelash 13 with a radial clearance 28 achieving this mechanical independence.
  • the tubular sheath 24 is completely independent, over its entire length, of the eyelash 13 that it surrounds, without being connected to the latter, only the proximal ends 15, 16 being connected indirectly by the fact that they are embedded on a common support consisting of said first piece 11.
  • the mere fact of providing such a radial clearance 28 has astonishing and not really explained consequences, on the quality of the electrical contact between the eyelash 13 and the track 14, and its holding in time.
  • the tubular sheath 24 has an internal diameter greater than the outer diameter of the eyelash 13 that it surrounds.
  • each eyelash 13 may have an outer diameter of between 0.1 mm and 1 mm, in particular of the order of 0.3 mm.
  • each tubular sheath 24 may have an internal diameter of between 0.15 mm and 3 mm, in particular of the order of 0.5 mm.
  • Each device is analyzed and subjected to various thermal, mechanical and electrical tests.
  • the lining or lining of the eyelashes is inspected under a microscope (x15 magnification). The quality (presence of cracks, homogeneity %) of the cladding is observed.
  • the eyelashes are mounted so as to obtain a nominal precharge of elastic return in flexion of each eyelash on the calibrated track between 4g and 7g. This preload is measured on the scale after each test.
  • Each device is subjected to thermal cycles according to MIL 810F methods 501.4 & 502.4 procedure I.
  • the eyelashes will be powered by a nominal current of 0.75 A per eyelash.
  • Each device is subjected to seven thermal cycles from -40 ° C to + 85 ° C with a cycle time of 24 hours.
  • each device is analyzed under the microscope and by measurement of the precharge as mentioned above.
  • Each device is also subjected to thermal shocks according to MIL 810F method 503.4 procedure I.
  • test pieces are successively placed in two thermal chambers, one at + 125 ° C., the other at -55 ° C., for 1 hour each with a transfer time of less than 1 min. This cycle is repeated 5 times.
  • each device is analyzed under a microscope and by measuring the preload as mentioned above.
  • Each device is analyzed under the microscope and by measurement of the preload as mentioned above.
  • each device is disassembled so as to observe under high magnification any traces of fractures, cracks, tightness, ... at the interface eyelash / sheathing.
  • the initial appearance of the device according to the invention is clean and homogeneous. No crack is apparent on the tubular sheaths.
  • the appearance of the coating according to the state of the art by varnish is less homogeneous, the thickness of varnish around the eyelash is not constant. There is no crack in the varnish but we can observe some defects (blisters, hollow, air bubbles ).
  • the coating by varnish is less flexible to the touch than the sheathing tubular sheath according to the invention.
  • the loss of preload is therefore not solely related to a relaxation of stresses.
  • the coefficient of dilation of the eyelashes is of the order of 1.10 -6 m / m / ° C; the coefficient of expansion of the varnish is of the order of 54.10 -6 m / m / ° C (and of the order of 206.10 -6 m / m / ° C if T> 90 ° C).
  • the eyelash being stiffened over part of its free length by the sheathing, the deformation of the cil / sheath assembly is different from that of an unsheathed lash.
  • the devices tested were set with precharge parameters of typically 5 grams (0.25 mm diameter eyelashes unsheathed).
  • Thermal cycles as defined above have been repeated with a set of sheathed eyelashes according to the invention, and a set of uncovered eyelashes for comparative reference.
  • the thermal enclosure has been regulated by means of thermocouples positioned on the rotor so as to take into account the self-heating of the eyelashes.
  • the temperature of the chamber oscillated between -55 ° C and + 85 ° C, which corresponded to -35 ° C and + 100 ° C at the rotor.
  • the invention may be the subject of numerous alternative embodiments with respect to the preferred embodiments shown in the figures. It is also applicable to any electrical commutator, rotary or otherwise, for the transmission of electrical power and / or for the transmission of electrical signals.
  • the number, shape and dimensions of eyelashes and tracks may vary.
  • the cross section of the eyelashes and / or tubular sheaths may not only be circular, but also polygonal (rectangular, square, ...) or ovoid or other.
  • the cross section of the tracks is adapted accordingly.

Landscapes

  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Insulating Bodies (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Description

  • L'invention concerne un collecteur électrique comprenant une première pièce supportant une pluralité de cils électriquement conducteurs (c'est-à-dire des fils ou brins cylindriques électriquement conducteurs et élastiques en flexion), et une deuxième pièce portant une pluralité de pistes électriquement conductrices, chaque cil comprenant une portion, dite extrémité proximale, encastrée sur la première pièce, à partir de laquelle il s'étend longitudinalement en étant élastiquement rappelé en flexion contre l'une des pistes électriquement conductrices portées sur la deuxième pièce, en présentant une zone de contact électrique sur cette piste. Dans une première variante, les cils sont électriquement isolés les uns des autres, et les pistes sont aussi électriquement isolées les unes des autres. Dans une autre variante, au moins une partie de cils adjacents sont reliés au niveau de leur extrémité proximale au même potentiel électrique, et au moins une partie des pistes recevant des cils adjacents au même potentiel sont elles-mêmes électriquement reliées et au même potentiel électrique.
  • Un tel collecteur électrique peut être en particulier utilisé pour transférer des signaux ou une puissance électrique entre des pièces mobiles l'une par rapport à l'autre. Il peut s'agir en particulier d'un collecteur tournant, les deux pièces en mouvement étant montées rotatives l'une par rapport à l'autre, les pistes électriquement conductrices s'étendant sur une paroi cylindrique de révolution. Par exemple, la première pièce est un stator radialement à l'extérieur d'un rotor formant la deuxième pièce, les pistes électriquement conductrices étant formées sur une paroi cylindrique extérieure de ce rotor, parallèles les unes aux autres. L'inverse est possible (rotor portant des cils à l'intérieur d'un stator cylindrique creux dont la paroi interne cylindrique de révolution porte des pistes). L'invention s'applique également à un collecteur électrique non tournant, notamment de type statique, les deux pièces étant fixes l'une par rapport à l'autre, ou dans lequel les deux pièces sont en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre avec des déplacements autres qu'une simple rotation autour d'un axe, par exemple des déplacements en translations relatives ou plus complexes (en particulier avec des pistes hélicoïdales, ou s'étendant longitudinalement avec des ondulations ou des irrégularités...).
  • Un tel collecteur électrique est notamment couramment utilisé dans les systèmes spatiaux, par exemple pour transférer de la puissance électrique issue de panneaux photovoltaïques en rotation permanente par rapport à un châssis du système spatial.
  • Un tel collecteur électrique pose différents types de problèmes techniques.
  • Tout d'abord, les cils rappelés élastiquement en flexion contre les pistes sont le siège de contraintes élastiques dont la valeur doit rester suffisante dans le temps pour garantir une bonne qualité du contact électrique. Il est à noter en particulier que ce problème se pose avec acuité plus particulièrement dans les systèmes spatiaux ou aéronautiques dont la durée de vie doit être certifiée et importante, typiquement de l'ordre de 10 ans.
  • Par ailleurs, un tel collecteur électrique doit également être robuste du point de vue de son fonctionnement électrique, et, en particulier, garantir une isolation électrique suffisante entre les pistes et entre les cils de façon à éviter toute formation intempestive de courts-circuits (par exemple par formation spontanée de décharges électriques et/ou de plasma conducteur) entre des cils voisins et/ou entre des pistes voisines. Là encore, ce problème se pose avec acuité plus particulièrement dans les systèmes spatiaux, la génération spontanée de plasmas intempestifs se produisant beaucoup plus facilement dans le vide.
  • FR 2857169 décrit un procédé de fabrication d'éléments électriquement conducteurs isolés d'un collecteur tournant dans lequel chaque élément électrique conducteur est intimement recouvert d'une ou plusieurs couches d'émail isolant électriquement dont une portion est dénudée pour former une zone de contact électrique. Cette solution permet d'obtenir une isolation électrique satisfaisante, mais l'inventeur a constaté qu'elle présente l'inconvénient de modifier sensiblement les caractéristiques mécaniques des cils, et leur tenue dans le temps.
  • L'invention vise donc à pallier ces inconvénients en proposant un collecteur électrique qui satisfait simultanément aux deux problèmes susmentionnés, c'est-à-dire dans lequel la qualité des contacts électriques entre les cils et les pistes peut être certifiée et rester constante sur une grande durée de vie, et dans lequel les courts-circuits intempestifs sont empêchés.
  • L'invention vise également à atteindre ce but de façon simple, reproductible et peu coûteuse. Elle vise également à proposer un tel collecteur électrique qui soit compatible en particulier avec son intégration à bord d'un système spatial ou autre.
  • Pour ce faire, l'invention concerne un collecteur tel que mentionné ci-dessus et caractérisé en ce que :
    • chaque cil est entouré, à partir de son extrémité proximale encastrée sur la première pièce, d'une gaine tubulaire d'isolation électrique présentant une extrémité proximale encastrée sur la première pièce de sorte que ladite gaine tubulaire est portée par la première pièce,
    • ladite gaine tubulaire s'étend autour du cil en laissant dégagée au moins ladite zone de contact électrique,
    • ladite gaine tubulaire et le cil sont, outre leur liaison d'encastrement sur la dite première pièce, mécaniquement indépendants de sorte que des glissements longitudinaux relatifs entre la gaine tubulaire et le cil sont possibles.
  • L'inventeur a constaté avec surprise que, bien que l'isolation électrique périphérique d'un cil n'est normalement pas mobile par rapport à ce cil en fonctionnement, il se trouve que les caractéristiques de vieillissement du collecteur peuvent être considérablement améliorées par le simple fait de prévoir une gaine tubulaire d'isolation électrique exclusivement portée, au niveau de son extrémité proximale, par la dite première pièce, ladite gaine tubulaire et le cil étant mécaniquement indépendants (c'est-à-dire en particulier non directement liés l'un à l'autre) tout le long de la gaine tubulaire, à l'exception de leurs extrémités proximales qui sont toutes deux encastrées sur ladite première pièce qui fait office de support commun à la gaine tubulaire et au cil qu'elle entoure. Étonnamment, cette simple indépendance mécanique le long de la gaine tubulaire et du cil à partir de leurs extrémités proximales, s'avère être en effet suffisante pour que l'interférence mécanique de la gaine tubulaire par rapport au cil qu'elle entoure n'ait sensiblement pas de conséquences sur la qualité du contact électrique (notamment la précharge de flexion élastique du cil sur la piste) et sa tenue dans le temps.
  • Une telle indépendance mécanique peut être obtenue de diverses manières, et il suffit de faire en sorte qu'un glissement relatif entre la gaine tubulaire et le cil qu'elle entoure soit possible localement le long de la gaine tubulaire.
  • En particulier, avantageusement et selon l'invention, ladite gaine tubulaire s'étend autour du cil avec un jeu radial. Un jeu radial signifie que la gaine tubulaire n'est pas en particulier serrée ou collée contre et autour du cil, et que la dimension intérieure radiale hors tout de la gaine tubulaire est supérieure à la dimension extérieure radiale hors tout de la portion du cil qu'elle entoure. En pratique, lorsque le cil est cylindrique de révolution, la gaine tubulaire présente un alésage interne cylindrique de révolution de diamètre supérieur au diamètre externe de la portion du cil qu'elle entoure. Un tel jeu radial garantit une parfaite indépendance mécanique permettant des glissements relatifs longitudinaux de la gaine tubulaire par rapport au cil qu'elle entoure.
  • En outre, avantageusement et selon l'invention, ladite gaine tubulaire est formée d'un matériau synthétique électriquement isolant (diélectrique) présentant une rigidité en flexion inférieure à la rigidité en flexion du cil qu'elle entoure. Plus particulièrement, avantageusement et selon l'invention ladite gaine tubulaire est formée d'un matériau synthétique présentant un module d'élasticité en flexion inférieur au module d'élasticité en flexion du cil qu'elle entoure. De la sorte, l'élasticité éventuelle en flexion de la gaine tubulaire n'interfère sensiblement pas avec celle du cil.
  • En particulier, ladite gaine tubulaire peut être formée de tout matériau synthétique polymérique diélectrique. Pour les applications spatiales, ladite gaine tubulaire est avantageusement formée d'un matériau flexible choisi dans le groupe des polyimides.
  • Par ailleurs, avantageusement et selon l'invention,
    • la deuxième pièce comporte des nervures d'isolation interposées entre des pistes adjacentes afin de les isoler électriquement les unes des autres,
    • chaque gaine tubulaire s'étend à partir de son extrémité proximale jusqu'à venir entre deux nervures d'isolation situées d'un côté et de l'autre de la piste électriquement conductrice avec laquelle le cil entouré par cette gaine est en contact électrique.
  • Chaque cil présente en outre une extrémité distale, opposée à son extrémité proximale encastrée sur ladite première pièce, qui s'étend aussi entre des nervures d'isolation. La hauteur de chaque nervure d'isolation par rapport à des pistes adjacentes qu'elle sépare est suffisante pour que le plus court chemin, par contournement de ladite nervure d'isolation, entre des cils au contact des pistes adjacentes qu'elle sépare, ou entre un cil de l'une des pistes et l'autre piste adjacente qu'elle sépare, corresponde à un seuil d'instabilité d'un arc électrique susceptible de se former entre ces cils au contact des pistes adjacentes qu'elle sépare, ou entre ce cil de l'une des pistes et l'autre piste adjacente qu'elle sépare.
  • Dans une variante possible de l'invention, la gaine tubulaire peut s'étendre sur l'intégralité de la longueur d'un cil (jusqu'à son extrémité distale), en étant partiellement dénudée en regard d'une piste de la deuxième pièce de façon à présenter la zone de contact électrique entre le cil et cette piste.
  • En variante, ladite gaine tubulaire peut s'étendre uniquement entre l'extrémité proximale du cil et à distance de ladite zone de contact électrique du cil avec la piste, la gaine tubulaire étant continue (non dénudée) entre son extrémité proximale et son extrémité distale qui est située dans une zone d'espace s'étendant entre des nervures d'isolation, mais à distance de ladite zone de contact électrique qu'elle n'atteint pas, le cil s'étendant longitudinalement au-delà de l'extrémité distale de la gaine tubulaire pour former ladite zone de contact électrique entre le cil et la piste. Dans cette variante notamment, avantageusement et selon l'invention, la longueur de chaque cil à partir de la première pièce est adaptée pour que l'extrémité distale libre du cil soit située dans une zone d'espace entre des nervures d'isolation. Autrement dit, l'extrémité distale libre du cil ne dépasse pas, après ladite zone de contact électrique du cil avec la piste, la zone d'espace situé entre des nervures d'isolation. De la sorte, une nervure d'isolation est interposée entre des portions distales dénudées de deux cils adjacents coopérant respectivement avec deux pistes adjacentes séparées par la nervure d'isolation. Ainsi, des cils adjacents coopérant respectivement avec des pistes adjacentes séparées l'une de l'autre par une nervure d'isolation ne sont à aucun endroit le long de ces cils immédiatement en visibilité directe l'un de l'autre, mais sont au contraire soit protégés chacun par une gaine tubulaire diélectrique, soit séparés par une nervure d'isolation diélectrique. Tout arc électrique entre des cils adjacents ou entre un cil et une piste adjacente est donc évité.
  • Dans un collecteur selon l'invention, chaque cil peut être monobrin, c'est-à-dire formé d'un unique brin (fil) électriquement conducteur ; ou au contraire multibrins, c'est-à-dire formé d'une pluralité de brins (fils) (notamment au moins 6) électriquement conducteurs, adjacents et parallèles les uns aux autres, ou au contraire tressés en un câble formant le cil.
  • Par ailleurs, dans un mode de réalisation avantageux d'un collecteur selon l'invention la longueur de chaque cil à partir de la première pièce est adaptée pour que le cil présente une extrémité distale libre du cil située dans une zone d'espace entre des nervures d'isolation (le cil ne dépassant pas cette zone). En particulier, avantageusement et selon l'invention, les deux pièces sont montées de façon à pouvoir être en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre.
  • D'autres modes de réalisation sont possibles.
  • L'invention concerne également un collecteur caractérisé en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante qui se réfère aux figures annexées données à titre uniquement d'exemples non limitatifs et dans lesquelles :
    • la figure 1 est une vue schématique en perspective partielle d'un exemple de collecteur selon l'invention, deux modes de réalisation distincts de l'invention étant représentés sur cette même figure,
    • la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale partielle du collecteur de la figure 1 illustrant un cil en coupe longitudinale,
    • la figure 3 est une section schématique selon la ligne III-III de la figure 2,
  • Un collecteur selon l'invention comprend une première pièce 11 supportant une pluralité de cils 13 électriquement conducteurs, et une deuxième pièce 12 présentant une pluralité de pistes 14 électriquement conductrices.
  • Dans l'exemple représenté figure 1, la deuxième pièce 12 est un rotor globalement cylindrique, et la première pièce 11 est un support monté fixe à l'extérieur du rotor 12 de telle sorte que les cils 13 s'étendent longitudinalement par rapport à la première pièce 11 pour venir tangentiellement au contact des pistes 14 circulaires ménagées en périphérie de la face cylindrique externe de la deuxième pièce 12. L'invention s'applique néanmoins à d'autres modes de réalisation des pièces 11, 12, par exemple des pièces mobiles en translation l'une par rapport à l'autre, avec des pistes droites ou non.
  • Chaque cil 13 présente une extrémité proximale 15 encastrée rigidement dans la première pièce 11 et fixée à cette dernière, par exemple par une brasure 19. Pour ce faire, l'extrémité proximale 15 des cils 13 est passée à travers une lumière 20 traversante de la première pièce 11 de façon à dépasser en saillie d'une face 21, dit face 21 externe, métallique de la première pièce 11 orientée à l'opposé de la deuxième pièce 12. La brasure 19 est réalisée autour de l'extrémité proximale 15 saillante du cil 13 sur ladite face 21 externe. Les dimensions de la lumière 20 sont supérieures au diamètre de l'extrémité proximale 15 du cil 13 de sorte que le cil 13 est arc-bouté en flexion dans la lumière 20.
  • Chaque cil 13 présente en outre une extrémité distale 17 libre et, entre l'extrémité proximale 15 et l'extrémité distale 17, une zone de contact 22 électrique du cil 13 avec une piste 14 de la deuxième pièce 12. La lumière 20 est orientée par rapport à la deuxième pièce 12 de telle sorte que le cil 13 arc-bouté dans la lumière 20 et au contact de la piste 14, est déformé élastiquement en flexion avec une contrainte résiduelle élastique de flexion qui le rappelle élastiquement en flexion contre la piste 14.
  • Par ailleurs, chaque cil 13 peut être monobrin et formé d'un fil unique (mode de réalisation représenté en partie supérieure de la figure 1) en matériau électriquement conducteur choisi pour présenter une rigidité en flexion suffisante ; ou au contraire être multibrins, c'est-à-dire formé d'une pluralité de fils (mode de réalisation représenté en partie inférieure de la figure 1) en matériau électriquement conducteur choisi pour que le cil 13 présente une rigidité en flexion suffisante. Dans l'exemple représenté en partie inférieure de la figure 1, les différents fils constituant un même cil 13 sont parallèles et adjacents les uns aux autres. Rien n'empêche en variante de prévoir un cil 13 formé de fils tressés sous forme d'un câble, dès lors que la rigidité en flexion qui en résulte est également suffisante.
  • Par exemple, chaque cil 13 peut être formé en un matériau électriquement conducteur présentant un module d'élasticité en flexion compris entre 50 GPa et 150 GPa, notamment de l'ordre de 80 GPa. Avantageusement, chaque cil 13 est formé en un matériau électriquement conducteur choisi dans le groupe des alliages des métaux nobles, notamment parmi les alliages d'or, les alliages d'argent et les alliages de cuivre.
  • Les pistes 14 sont, dans l'exemple représenté, des pistes circulaires périphériques, chaque piste 14 s'étendant globalement selon un plan radial de la deuxième pièce 12. La deuxième pièce 12 cylindrique de révolution présente une pluralité de pistes 14 circulaires juxtaposées les unes aux autres selon la direction axiale de cette deuxième pièce 12.
  • Chaque piste 14 est de préférence formée d'une gorge dont la section droite transversale est adaptée pour favoriser le contact électrique entre le cil 13 et la piste 14. Par exemple, cette section droite transversale est en forme de V, ou de trapèze, pour assurer une pluralité de points de contact du cil 13 avec la piste 14 ; ou encore courbe, notamment circulaire, de forme et de courbure (notamment de diamètre) correspondant à la forme et à la courbure (notamment au diamètre) de la section droite transversale du cil pour permettre un contact théoriquement selon une courbe ; ou simplement plate ou autre.
  • Chaque piste 14 électriquement conductrice est avantageusement formée d'une gorge en matériau électriquement conducteur choisi dans le groupe des alliages de cuivre, des alliages de cuivre revêtus d'un dépôt, des alliages d'or (notamment d'or allié de dureté typique comprise entre 100 et 400Hv), et des alliages d'argent.
  • La deuxième pièce 12 comporte des nervures 23 d'isolation interposées entre des pistes 14 adjacentes afin de les isoler électriquement les unes des autres. Ces nervures 23 sont en matériau diélectrique, et s'étendent radialement en saillie par rapport aux pistes 14 sur une hauteur (dans la direction radiale de la deuxième pièce 12) choisie de façon à empêcher la formation d'un arc électrique entre deux pistes 14 adjacentes ainsi séparées par une nervure 23. Plus particulièrement, la hauteur de chaque nervure 23 d'isolation par rapport à des pistes 14 adjacentes qu'elle sépare est adaptée pour que le plus court chemin entre ces pistes 14 adjacentes, par contournement de ladite nervure 23 d'isolation, corresponde à un seuil d'instabilité d'un arc électrique susceptible de se former entre ces pistes 14 adjacentes. De préférence, la hauteur de chaque nervure 23 d'isolation est suffisante pour que le plus court chemin, par contournement de ladite nervure 23 d'isolation, entre des cils 13 au contact des pistes 14 adjacentes qu'elle sépare, ou entre un cil 13 de l'une des pistes 14 et l'autre piste 14 adjacente, corresponde à un seuil d'instabilité d'un arc électrique susceptible de se former entre ces cils 13 ou entre ce cil 13 et l'autre piste 14 adjacente. Ces nervures 23 d'isolation peuvent être réalisées comme décrit par exemple par FR 2928772 .
  • Des nervures 23 d'isolation peuvent être prévues entre chaque paire de pistes 14 adjacentes ou, au contraire comme représenté, entre des groupes adjacents (des paires dans l'exemple représenté) de plusieurs pistes 14, les pistes d'un même groupe n'étant pas séparées par des nervures d'isolation.
  • Dans le mode de réalisation représenté, les cils 13 et les pistes 14 sont regroupés par paires, afin d'assurer une redondance des contacts électriques, chaque paire de cils 13 et de pistes 14 étant susceptible d'être placée à un même potentiel électrique, mais les potentiels électriques auxquels les différentes paires de cils 13 et de pistes 14 sont susceptibles d'être placées étant différents.
  • Le cas échéant, les cils 13 sont isolés électriquement des autres cils 13 qui sont susceptibles d'être placés des potentiels électriques différents. Pour ce faire, la première pièce 11 présente des séparations électriquement isolantes (non représentées) entre les portions qui supportent les cils 13 respectivement. De même, la deuxième pièce 12 présente des séparations électriquement isolantes (non représentées) entre les pistes 14 susceptibles d'être placées à des potentiels électriques différents.
  • Chaque cil 13 est entouré, à partir de son extrémité 15 proximale encastrée sur la première pièce 11, d'une gaine 24 tubulaire d'isolation électrique présentant une extrémité 16 proximale encastrée sur la première pièce 11 de sorte que ladite gaine 24 tubulaire est portée par la première pièce 11. Pour ce faire, la première pièce 11 présente sur sa face 25 orientée vers la deuxième pièce 12, un renfoncement 26 périphérique autour de la lumière 20 traversante recevant le cil 13. L'extrémité 16 proximale de la gaine 24 tubulaire vient contre la bordure périphérique de la lumière 20 dans le renfoncement 26. Un scellement 27 en matériau électriquement isolant est placé autour de l'extrémité 16 proximale de la gaine 24 tubulaire, dans le renfoncement 26, afin d'assurer son maintien par rapport à la première pièce 11 et l'isolation électrique de la portion du cil 13 non recouverte par la gaine 24 tubulaire et sortant de la lumière 20 du côté de la face 25 de la première pièce 11 orientée vers la deuxième pièce 12.
  • Le scellement 27 est réalisé par dépôt d'une goutte de composition liquide durcissable diélectrique choisie pour adhérer à la fois à la première pièce 11, à la gaine 24, et au cil 13. De préférence, le matériau constitutif du scellement 27 est aussi choisi de façon que ce dernier soit souple afin d'autoriser de légers déplacements relatifs entre la gaine 24 et la première pièce 11. Par exemple, ce scellement 27 est réalisé en un matériau thermodurcissable, notamment choisi dans le groupe des résines époxy, des résines polyuréthane et des résines élastomères silicones.
  • La gaine 24 tubulaire s'étend à partir de son extrémité 16 proximale autour du cil 13 jusqu'à une extrémité 18 distale de cette gaine 24 tubulaire. La gaine 24 tubulaire s'étend autour du cil 13 en laissant dégagée au moins ladite zone 22 de contact électrique du cil 13 avec une piste 14.
  • Dans une variante possible (non représentée) de l'invention, la gaine tubulaire peut s'étendre sur l'intégralité de la longueur d'un cil 13 (jusqu'à son extrémité 17 distale), en étant partiellement dénudée en regard d'une piste 14 de la deuxième pièce 12 de façon à présenter la zone 22 de contact électrique entre le cil 13 et cette piste 14. Dans la variante représentée, de préférence, la gaine 24 tubulaire s'étend uniquement entre son extrémité 16 proximale et son extrémité 18 distale qui est située dans une zone d'espace s'étendant entre des nervures 23 d'isolation mais à distance de la deuxième pièce 12 et de ladite zone 22 de contact électrique du cil 13 avec une piste 14. Autrement dit, la gaine 24 tubulaire n'atteint pas la zone 22 de contact électrique du cil 13 avec une piste 14, son extrémité 18 distal restant à distance, du côté de son extrémité 16 proximale, de cette zone 22 de contact électrique. La longueur de la gaine 24 tubulaire est donc inférieure à la distance séparant le renfoncement 26 d'encastrement de son extrémité 16 proximale, et la zone 22 de contact du cil 13 avec une piste 14.
  • La gaine 24 tubulaire est formée d'un matériau synthétique électriquement isolant, flexible non élastique ou présentant une rigidité en flexion inférieure à la rigidité en flexion du cil 13 qu'elle entoure. En particulier, de bons résultats ont été obtenus avec un matériau synthétique formant ladite gaine 24 tubulaire présentant un module d'élasticité en flexion inférieur au module d'élasticité en flexion du matériau constitutif du cil 13 qu'elle entoure.
  • Par exemple, la gaine 24 tubulaire est formée d'un matériau présentant un module d'élasticité en flexion compris entre 500 MPa et 10000 MPa, par exemple de l'ordre de 2500 MPa.
  • Pour les applications spatiales, ladite gaine 24 tubulaire peut être avantageusement formée d'un matériau flexible choisi dans le groupe des polyimides. D'autres matériaux similaires de caractéristiques électriques et mécaniques équivalentes, peuvent être utilisés.
  • La gaine 24 tubulaire et le cil 13 sont, outre leur liaison d'encastrement sur la dite première pièce 11, mécaniquement indépendants de sorte que des glissements longitudinaux relatifs entre la gaine 24 tubulaire et le cil 13 sont possibles, localisés le long du cil 13. Pour ce faire, toutes les dispositions structurelles permettant ces glissements longitudinaux relatifs de la gaine 24 tubulaire par rapport au cil 13 au-delà de leurs extrémités 15, 16 proximales encastrées à la première pièce 11, sont possibles dans le cadre de l'invention. Par exemple, il suffit de choisir une gaine 24 tubulaire en un matériau synthétique à faible coefficient de frottement statique, par exemple en polymère fluorocarboné.
  • Néanmoins, de préférence, comme représenté sur les figures, la gaine 24 tubulaire est un tube qui s'étend autour du cil 13 avec un jeu radial 28 réalisant cette indépendance mécanique. La gaine 24 tubulaire est totalement indépendante, sur toute sa longueur, du cil 13 qu'elle entoure, sans être reliée à ce dernier, seules les extrémités 15, 16 proximales étant reliées indirectement par le fait qu'elles sont encastrées sur un support commun constitué de ladite première pièce 11. Le simple fait de prévoir un tel jeu radial 28 présente des conséquences étonnantes et non réellement expliquées, sur la qualité du contact électrique entre le cil 13 et la piste 14, et sa tenue dans le temps.
  • Par exemple, la gaine 24 tubulaire présente un diamètre interne supérieur au diamètre extérieur du cil 13 qu'elle entoure. Par exemple, chaque cil 13 peut présenter un diamètre extérieur compris entre 0,1 mm et 1 mm, notamment de l'ordre de 0,3 mm. Et chaque gaine 24 tubulaire peut présenter un diamètre intérieur compris entre 0,15 mm et 3 mm, notamment de l'ordre de 0,5 mm.
    • Exemple :
  • On réalise des essais comparatifs entre un dispositif conforme à l'invention et un dispositif conforme à l'état de la technique.
  • On utilise pour cela :
    • un porte-balais équipé de 21 cils de diamètre extérieur compris entre 0,2 mm et 0,4 mm gainés selon l'invention, par des gaines formées de microtubes de polyimide,
    • un porte balais équipé de 21 cils de diamètre extérieur compris entre 0,2 mm et 0,4 mm et revêtus par un vernis époxy adhérent sur les cils,
    • un rotor comprenant 42 pistes.
    Méthodologie :
  • Chaque dispositif est analysé et soumis à différents tests thermiques, mécaniques et électriques.
  • Le gainage ou revêtement des cils est inspecté sous microscope (grossissement x15). La qualité (présence de fissures, homogénéité...) du gainage est observée.
  • Les cils sont montés de façon à obtenir une précharge nominale de rappel élastique en flexion de chaque cil sur la piste calibré entre 4g et 7g. Cette précharge est mesurée au peson après chaque essai.
  • Chaque dispositif est soumis à des cycles thermiques suivant la norme MIL 810F méthodes 501.4 & 502.4 procédure I. Pendant les essais de cycles thermiques, les cils seront alimentés par un courant nominal de 0,75 A par cil.
  • Chaque dispositif est soumis à sept cycles thermiques de -40°C à +85°C avec un temps de cycle de 24 heures.
  • Après les sept cycles thermiques, chaque dispositif est analysé au microscope et par mesure de la précharge comme mentionné ci-dessus.
  • Chaque dispositif est également soumis à des chocs thermiques suivant la norme MIL 810F méthode 503.4 procédure I.
  • Les éprouvettes sont placées successivement dans deux chambres thermiques, l'une à +125°C, l'autre à -55°C, pendant 1 heure chacune avec un temps de transfert inférieur à 1min. Ce cycle est répété 5 fois.
  • Après les chocs thermiques, chaque dispositif est analysé au microscope et par mesure de la précharge comme mentionné ci-dessus.
  • Chaque dispositif est soumis à des conditions de vibrations définies dans les tableaux suivants :
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
  • Chaque dispositif est analysé au microscope et par mesure de la précharge comme mentionné ci-dessus.
  • À la fin de ces tests, chaque dispositif est démonté de manière à observer sous fort grossissement d'éventuelles traces de ruptures, fissures, serrages,... au niveau de l'interface cil/gainage.
    • Résultats :
  • L'aspect initial du dispositif selon l'invention est propre et homogène. Aucune fissure n'est apparente sur les gaines tubulaires.
  • L'aspect du revêtement selon l'état de la technique par vernis est moins homogène, l'épaisseur de vernis autour du cil n'est pas constante. On n'observe pas de fissure dans le vernis mais l'on peut observer quelques défauts (boursouflures, creux, bulles d'air...). Le revêtement par vernis est moins flexible au toucher que le gainage par gaine tubulaire conforme à l'invention.
  • On peut constater que les cils revêtus par vernis selon l'état de la technique ont tous subi un relâchement de précharge, mais que les cils gainés par gaine tubulaire selon l'invention se comportent pratiquement comme des cils non gainés.
  • Un test supplémentaire sur des cils non gainés a été mené pour essayer de quantifier la perte de précharge liée au relâchement des contraintes sur des cils de diamètre 0,25 mm non gainés.
  • La perte de précharge liée aux cycles thermiques étant relativement faible (5% en moyenne), la perte de précharge n'est donc pas uniquement liée à un relâchement de contraintes.
  • La différence des coefficients de dilatation induit des contraintes lors des cycles thermiques provoquant une perte de précharge de l'ensemble balai/vernis qui se comporte alors comme un bilame.
  • Note : le coefficient de dilatation des cils est de l'ordre de 1.10-6 m/m/°C ; le coefficient de dilatation du vernis est de l'ordre de 54.10-6 m/m/°C (et de l'ordre de 206.10-6 m/m/°C si T>90°C).
  • Le cil étant rigidifié sur une partie de sa longueur libre par le gainage, la déformée de l'ensemble cil/gainage est différente de celle d'un cil non gainé.
  • Les dispositifs testés ont été réglés avec des paramètres de précharge de 5 grammes typiquement (cils de diamètre 0,25 mm non gainés).
  • L'aspect des gaines tubulaires et du vernis n'a pas changé durant les cycles thermiques. Les cils revêtus par vernis sont légèrement plus cambrés que dans leur état initial.
  • L'aspect des gaines tubulaires et du vernis n'a pas changé durant les vibrations. Aucun cil n'a sauté de sa gorge pendant les vibrations. Toutefois le vernis d'un cil présente une fissure.
  • Ces différents tests ont mis en évidence l'évolution de la précharge des cils en fonction du type d'isolant retenu.
  • Les cils isolés par vernis sont beaucoup plus affectés que les cils gainés par gaine tubulaire selon l'invention. Une explication possible de ce résultat surprenant pourrait être que l'ensemble cil/vernis agit comme un bilame engendrant une déformation sous cycles thermiques. Une gaine tubulaire rigidifie l'ensemble cil/gaine tubulaire, mais laisse une certaine mobilité au cil. La déformée sous contraintes d'un ensemble cil/gaine tubulaire n'est pas strictement la même que celle d'un cil non gainé.
  • Des cycles thermiques comme définis précédemment ont été réitérés avec un ensemble de cils gainés selon l'invention, et un ensemble de cils non gainés à titre de référence comparative. De plus l'enceinte thermique a été régulée par le biais de thermocouples positionnés sur le rotor de manière à prendre en compte l'auto-échauffement des cils.
  • La température de l'enceinte a oscillé entre -55°C et + 85 °C, ce qui correspondait à -35°C et à + 100 °C au niveau du rotor.
  • Aucune variation de précharge significative n'a été relevée à la fin de cet essai sur les cils gainés selon l'invention.
  • L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation par rapport aux modes de réalisation préférentiels représentés sur les figures. Elle est applicable en outre à tout collecteur électrique, rotatif ou non, pour la transmission de puissance électrique et/ou pour la transmission de signaux électriques. Le nombre, la forme et les dimensions des cils et des pistes peuvent varier. En particulier la section droite transversale des cils et/ou des gaines tubulaires peut non seulement être circulaire, mais également polygonale (rectangulaire, carré,...) ou ovoïde ou autre. La section droite transversale des pistes est alors adaptée en conséquence.

Claims (10)

  1. Collecteur électrique comprenant une première pièce (11) supportant une pluralité de cils (13) électriquement conducteurs, et une deuxième pièce (12) portant une pluralité de pistes (14) électriquement conductrices, chaque cil (13) comprenant une portion, dite extrémité (15) proximale, encastrée sur la première pièce (11), à partir de laquelle il s'étend longitudinalement en étant élastiquement rappelé en flexion contre l'une des pistes (14) électriquement conductrices portées sur la deuxième pièce (12), en présentant une zone (22) de contact électrique sur cette piste (14), caractérisé en ce que :
    - chaque cil (13) est entouré, à partir de son extrémité (15) proximale encastrée sur la première pièce (11), d'une gaine (24) tubulaire d'isolation électrique présentant une extrémité (16) proximale encastrée sur la première pièce (11) de sorte que ladite gaine (24) tubulaire est portée par la première pièce (11),
    - ladite gaine (24) tubulaire s'étend autour du cil (13) en laissant dégagée au moins ladite zone (22) de contact électrique,
    - ladite gaine (24) tubulaire et le cil (13) sont, outre leur liaison d'encastrement sur la dite première pièce (11), mécaniquement indépendants de sorte que des glissements longitudinaux relatifs entre la gaine (24) tubulaire et le cil (13) sont possibles.
  2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite gaine (24) tubulaire s'étend autour du cil (13) avec un jeu radial (28).
  3. Collecteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite gaine (24) tubulaire est formée d'un matériau synthétique électriquement isolant présentant une rigidité en flexion inférieure à la rigidité en flexion du cil (13) qu'elle entoure.
  4. Collecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite gaine (24) tubulaire est formée d'un matériau synthétique présentant un module d'élasticité en flexion inférieur au module d'élasticité en flexion du cil (13) qu'elle entoure.
  5. - Collecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque cil (13) est formé d'un unique brin électriquement conducteur.
  6. Collecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque cil (13) est formé d'une pluralité de brins électriquement conducteurs.
  7. Collecteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que :
    - la deuxième pièce (12) comporte des nervures (23) d'isolation interposées entre des pistes (14) adjacentes afin de les isoler électriquement les unes des autres,
    - chaque gaine (24) tubulaire s'étend à partir de son extrémité (16) proximale jusqu'à venir entre deux nervures (23) d'isolation situées d'un côté et de l'autre de la piste (14) électriquement conductrice avec laquelle le cil (13) entouré par cette gaine (24) est en contact électrique.
  8. Collecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la longueur de chaque cil (13) à partir de la première pièce (11) est adaptée pour que le cil (13) présente une extrémité (17) distale libre située dans une zone d'espace entre des nervures (23) d'isolation.
  9. Collecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les deux pièces (11, 12) sont montées de façon à pouvoir être en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre.
  10. Collecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux pièces (11, 12) sont montées rotatives l'une par rapport à l'autre.
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