EP4605660A1 - Anneau d'équilibrage électrique, et palier à roulement comprenant un tel anneau - Google Patents

Anneau d'équilibrage électrique, et palier à roulement comprenant un tel anneau

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Publication number
EP4605660A1
EP4605660A1 EP22862407.8A EP22862407A EP4605660A1 EP 4605660 A1 EP4605660 A1 EP 4605660A1 EP 22862407 A EP22862407 A EP 22862407A EP 4605660 A1 EP4605660 A1 EP 4605660A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
ring
reinforcement
armature
ring according
Prior art date
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Pending
Application number
EP22862407.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien CHABAL
Christophe Molle
Patrick Beltrami
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.)
Hutchinson SA
Original Assignee
Hutchinson SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Hutchinson SA filed Critical Hutchinson SA
Publication of EP4605660A1 publication Critical patent/EP4605660A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/002—Conductive elements, e.g. to prevent static electricity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • 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
    • H01R39/022—Details for dynamo electric machines characterised by the materials used, e.g. ceramics
    • H01R39/025—Conductive materials

Definitions

  • Electric balancing ring, and rolling bearing comprising such a ring
  • the present invention relates to an electrical balancing ring or grounding ring, used to pass electrical charges or an electric current between a fixed element and a rotating element movable in rotation relative to the fixed element around 'an axis of rotation.
  • the ring is used to conduct electrical charges between a casing and a shaft of a machine, or more particularly between a stator and a rotor of an electrical machine.
  • the invention thus relates to an electrical balancing ring comprising: a first armature, annular, rigid, mounted integrally on an element among the fixed element and the rotating element, an annular membrane, made of an elastic material, extending between a first end in contact with the first frame, and a second end in contact with the other element among the fixed element and the rotating element, said membrane having a body between the first end and the second end, a second armature, annular, rigid, mounted integral with the first armature and adapted to pinch and fix the membrane between the first armature and the second armature, and in which the first armature and the membrane are capable of conducting an electric current between the fixed element and the rotating element.
  • a first object of the present invention is to provide an electrical balancing ring which is durable, that is to say having an electrical conduction which varies little over time.
  • the wear zone of the membrane extends in the direction of the axis of rotation over a length greater than or equal to the thickness of the body of the membrane, the ring being in the mounting position between the the fixed element and the rotating element.
  • the wear zone has a thickness greater than the thickness of the body of the membrane.
  • the wear zone has a mass configured to ensure contact between the surface of contact and the sliding surface for a range of rotational speed of the rotating element.
  • the membrane comprises radial slots extending to the second frame and ending in an open portion.
  • the membrane comprises an electrically conductive coating, said coating being at least on the contact surface of the wear zone.
  • the membrane is formed from a PTFE material containing a conductive filler, such as carbon.
  • the second armature is capable of conducting an electric current between the fixed element and the rotating element.
  • the radial height of the second frame is at least twice greater than the radial height of the first frame, and the radial height of the first frame is less than half the distance between the fixed element and the rotating element.
  • first reinforcement and/or the second reinforcement comprise pins adapted to penetrate the membrane and secure the membrane to the first and/or second reinforcement.
  • a second object of the present invention is to provide a rolling bearing comprising an electrical balancing ring according to the characteristics previous, and rolling bodies arranged in a rolling space to allow the relative rotation of the rotating element with respect to the fixed element around the axis of rotation.
  • FIG. 1 is a sectional view of an electrical balancing ring according to the present disclosure
  • FIG. 2 is a view identical to Figure 1 showing dimensions of the elements of the ring;
  • FIG. 3 is a partial front view showing a variant of the ring of Figure 1 comprising radial slots;
  • Figure 4A, Figure 4B, Figure 4C and Figure 4D show variant shapes of the wear zone of the ring of the type of Figure 1;
  • FIG. 5 is a sectional view of an electrical balancing ring of the type of Figure 1 further comprising a sealing member;
  • FIG. 6 is a sectional view of a rolling bearing incorporating an electrical balancing ring of the type of Figure 1.
  • Figure 1 shows an embodiment of an electrical balancing ring 10 which is intended to be mounted between a fixed element 11 and a rotating element 12 movable in rotation relative to the fixed element around an axis of rotation AX.
  • Ring 10 includes: - a first armature 20, of the annular type around the axis of rotation, which is rigid and which is mounted integral with one element among the fixed element 11 and the rotating element 12,
  • armature 40 also of the annular type around the axis of rotation, which is rigid and which is mounted integral with the first armature 30.
  • the first armature 20 and the membrane 30 are capable of conducting an electric current, in particular so that an electric current can flow between the fixed element 11 and the rotating element 12, or vice versa.
  • the membrane 30 extends between a first end 31 in contact with the first frame 20, and a second end 32 in contact with the other element among the fixed element and the rotating element.
  • the membrane 30 comprises a body 33 between the first end 31 and the second end 32.
  • the fixed element 11 can be an external element, i.e. the furthest from the axis of rotation AX, i.e. located around the rotating element 12 which is then an internal element.
  • a rotating element 12 which is a rotating shaft (figure 1).
  • the fixed element 11 can be an internal element, i.e. closest to the axis of rotation AX, i.e. located inside the rotating element which is then an external element.
  • the first armature 20 is connected to the external fixed element 11, and that the second end 32 is in contact with the other element, ie the internal rotating element 12 , but of course the other use is also suitable for the present disclosure.
  • the second frame 40 is adapted to pinch and fix the membrane 30 between the first frame 20 and the second frame 40.
  • the membrane 30 is fixed by pinching between the first frame and the second frame, for example at the time of fixing of the second frame 40 on the first frame 20.
  • the membrane 30 comprises a wear zone ZU at the second end 32 of said membrane 30.
  • This wear zone ZU is thicker than the body 33 of the membrane 30.
  • the thickness of the body 33 of the membrane is denoted (e), this thickness being taken in a direction substantially perpendicular to the core of the body of the membrane 30.
  • the thickness of the wear zone ZU of the membrane 30 is denoted (b ), this thickness is taken in a direction perpendicular to the axis of rotation AX, in the mounting position of the ring on the rotating element 12.
  • the wear zone ZU thus forms a contact surface 34 configured to slide in contact on a sliding surface 14 of the other element, i.e. the rotating element 12 of Figure 1.
  • the electrical balancing ring 10 can therefore conduct an electric current from the rotating element 12 to the membrane 30 through contact of the contact surface 34 of the wear zone ZU at the second end 32 of the membrane 30, then by the body 33 of the membrane 30 towards the first frame 20 in contact with the first end 31 of the membrane 30, then by the first frame 20 towards the fixed element 11 thanks to the contact between this first frame 20 and the element fixed 11. Electrical conduction can also take the opposite path. Electrical conductivity of the balancing ring electrical 10 is thus high, and makes it possible to efficiently evacuate electrical charges.
  • the sliding and possibly the friction of the contact surface 34 of the membrane 3 on the sliding surface 14 causes wear of this contact surface and wear of the wear zone ZU which reduces in thickness.
  • the thickness of this wear zone ZU which is thicker than the body 33 of the membrane 30, makes it possible to maintain an area of the contact surface 34 substantially constant, as long as the wear zone ZU is not completely worn out. : as long as its thickness does not tend towards zero.
  • the electrical conductivity of the ring can remain constant over a very long operating time.
  • the wear zone ZU of the membrane 30 extends in the direction of the axis of rotation AX over a length (a).
  • this length (a) is greater than 1 mm, and it can be greater than 2 mm.
  • the contact surface 34 has an area S34 of:
  • the diameter of the rotating element 12 has the length of the wear zone ZU.
  • the ring 10 has a high electrical conductivity.
  • this electrical conductivity can be increased.
  • the wear zone ZU also has a thickness (b), this thickness (b) being taken in a direction perpendicular to the direction of the axis of rotation (AX), in the mounting position.
  • this thickness (b) is greater than the thickness (e) of the body 33 of the membrane 30, and preferably greater than twice the thickness (e) of the body 33 of the membrane 30.
  • the zone d The wear is sufficiently thick to ensure a significant longevity for the ring 10, while maintaining constant and high electrical conductivity.
  • the thickness (e) of the membrane 30 is between 0.4 mm and 1 mm.
  • the thickness (b) of the wear zone ZU is then between 0.5 mm and 3 mm.
  • the second frame 40 is for example mounted integrally inside the first frame 30, possibly by fitting or crimping.
  • the first frame 20 and the second frame 40 have an L shape nested one inside the other.
  • Each of these frames 20, 40 is formed of a cylindrical sleeve 21, 41 which extends in the direction of the axis of rotation AX, extended by a lateral annular flange 22, 42 perpendicular to the axis of rotation AX and inwards towards this axis of rotation.
  • the cylindrical sleeve 21 of the first frame 20 is then adapted to be fitted by fitting into a recessed cylindrical housing 13 of the fixed element 11.
  • the annular membrane 30 has an external diameter adapted to be housed in the cylindrical sleeve 21 of the first frame 20, a first face 35 of the first end 31 of this membrane 30 against the lateral annular flange 22 of the first frame 20.
  • the cylindrical sleeve 41 of the second frame 40 is then adapted to be fitted by fitting into the internal surface of the cylindrical sleeve 21 of the first frame 20, until it presses the lateral annular flange 42 of the second frame 40 against a second face 36 of the membrane 30 (at its first end 31, and therefore up to pinching the first end 31 of the membrane 30.
  • the second frame 40 has a radial height (h) of the side flange 42 greater than a radial height (g) of the side flange 22 of the first frame 20, so that the side flange 42 extends towards the axis of rotation AX more than the side flange 22 of the first frame 20.
  • the membrane 30 has a second face 36 then in contact on the radial height (h) of the side flange 42 of the second frame 40, up to a internal end 43 of the second frame 40. Then the body 33 of the membrane 30 is free and extends in a curved manner in the direction X of the axis of rotation AX up to the second end 32 and the wear zone ZU.
  • the internal end 43 of the second frame 40 is possibly curved in the direction X of the axis of rotation AX.
  • the membrane 30 is not affected by wear at this internal end 43 and the body 33 of the membrane 30 more easily takes the desired curved shape, and determined by calculation and/or tests.
  • this curved shape, the thickness, and the material of the membrane 30 determines a radial force that the membrane exerts concentrically towards the axis of rotation and on the rotating element 12.
  • This radial force determines the correct contact of the wear zone ZU on the rotating element 12, and therefore the electrical conductivity of the ring and its capacity to maintain this conductivity in operation, ie during the rotation of the rotating element 12 and over the duration of functioning .
  • the second armature 40 is also capable of conducting an electric current.
  • the path of the electric current can pass between the membrane 30 and the first armature 20 as previously, but also between the membrane 30 and the second armature 40.
  • the second armature 40 being mounted integral with the first armature 20, the another branch of the electric current passing through the second armature 40 then joins the first armature 20.
  • This arrangement makes it possible to increase the electrically conductive area of the membrane 30 towards the first armature 20, this electrically conductive area being substantially the sum of a first area A 22 of direct contact between the membrane 30 and the first armature 20 (or area of the flange 22 of the first armature 22) and a second area A 42 of contact between the membrane 30 and the second armature 40 (or area of the flange 42 of the second frame).
  • FIG 6 shows a particular example of application of the electrical balancing ring 10 previously described.
  • This figure shows a rolling bearing 1 comprising on at least one side an electrical balancing ring 10 as described above in order to ensure the transfer of electrical charges.
  • the rolling bearing is for example a rolling bearing of a motor vehicle, and more particularly for example a rolling bearing of a motor vehicle wheel, as shown in Figure 5.

Landscapes

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Abstract

Anneau d'équilibrage électrique, et palier à roulement comprenant un tel anneau Anneau d'équilibrage électrique (10) destiné à être monté entre un élément fixe (11) et un élément rotatif (12), comprenant une première armature (20), une membrane (30), une seconde armature (40), la première armature et la membrane étant aptes à conduire un courant électrique. La membrane comprend une zone d'usure (ZU) à une seconde extrémité, la zone d'usure étant plus épaisse que le corps de la membrane.

Description

Anneau d'équilibrage électrique, et palier à roulement comprenant un tel anneau
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative un anneau d'équilibrage électrique ou anneau de mise à la terre, servant à faire transiter des charges électriques ou un courant électrique entre un élément fixe et un élément rotatif mobile en rotation par rapport à l'élément fixe autour d'un axe de rotation. Typiquement, l'anneau est utilisé pour conduire des charges électriques entre un carter et un arbre d'une machine, ou plus particulièrement entre un stator et un rotor d'une machine électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
L'invention concerne ainsi un anneau d'équilibrage électrique comprenant : une première armature, annulaire, rigide, montée solidaire sur un élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, une membrane, annulaire, réalisée en un matériau élastique, s'étendant entre une première extrémité en contact avec la première armature, et une seconde extrémité en contact avec l'autre élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, ladite membrane ayant un corps entre la première extrémité et la seconde extrémité, une seconde armature, annulaire, rigide, montée solidaire de la première armature et adaptée pour pincer et fixer la membrane entre la première armature et la seconde armature, et dans lequel la première armature et la membrane sont aptes à conduire un courant électrique entre l'élément fixe et l'élément rotatif.
Le document US 2020/0295634 montre un tel anneau d'équilibrage électrique. Cependant cet anneau a des problèmes d'usure de sa membrane, ce qui modifie la conduction électrique au cours du temps et donc la performance du produit. Selon des variantes, une pluralité de membranes sont installées en parallèle pour essayer de compenser cet inconvénient, mais au prix d'une certaine complexité .
EXPOSE DE L'INVENTION
Un premier objet de la présente invention est de fournir un anneau d'équilibrage électrique qui soit endurant, c'est-à-dire ayant une conduction électrique qui varie peu au cours du temps .
A cet effet, la membrane de l'anneau électrique comprend une zone d'usure à la seconde extrémité, ladite zone d'usure étant plus épaisse que le corps de la membrane, et la zone d'usure formant une surface de contact configurée pour glisser en contact sur une surface de glissement de l'autre élément et assurer une conductivité électrique élevée entre l'élément fixe et l'élément rotatif .
Grâce à ces dispositions, la zone d'usure, qui s'use durant le fonctionnement, a une surface de contact de qui conserve une surface sensiblement constante. Ainsi, la conductivité électrique de l'anneau reste constante.
Dans divers modes de réalisation de ce produit, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes.
Selon un aspect, la zone d'usure de la membrane s'étend dans la direction de l'axe de rotation sur une longueur supérieure ou égale l'épaisseur du corps de la membrane, l'anneau étant dans la position de montage entre l'élément fixe et l'élément rotatif.
Selon un aspect, la zone d'usure a une épaisseur supérieure à l'épaisseur du corps de la membrane.
Selon un aspect, la zone d'usure a une masse configurée pour assurer le contact entre la surface de contact et la surface de glissement pour une plage de vitesse de rotation de l'élément rotatif.
Selon un aspect, la membrane est fixée à la seconde armature .
Selon un aspect, la membrane comprend des fentes radiales s'étendant jusqu'à la seconde armature et se terminant par une portion ouverte.
Selon un aspect, la membrane comprend un revêtement conducteur d'électricité, ledit revêtement étant au moins sur la surface de contact de la zone d'usure.
Selon un aspect, la membrane est formée dans un matériau PTFE contenant une charge conductrice, tel que du carbone .
Selon un aspect, la seconde armature est apte à conduire un courant électrique entre l'élément fixe et l'élément rotatif.
Selon un aspect, la seconde armature a une hauteur radiale supérieure à une hauteur radiale de la première armature .
Selon un aspect, la hauteur radiale de la seconde armature est au moins deux fois supérieure à la hauteur radiale de la première armature, et la hauteur radiale de la première armature est inférieure à la moitié de la distance entre l'élément fixe et l'élément rotatif.
Selon un aspect, la première armature et/ou la seconde armature comprennent des picots adaptés pour pénétrer dans la membrane et solidariser la membrane à la première et/ou seconde armature.
Selon un aspect, la seconde armature a une extrémité interne qui est courbée en direction de la une seconde extrémité de la membrane, dans la position de montage de l'anneau.
Un second objet de la présente invention est de fournir un palier à roulement comprenant un anneau d'équilibrage électrique selon les caractéristiques précédentes, et des corps roulants disposés dans un espace de roulement pour permettre la rotation relative de l'élément rotatif par rapport à l'élément fixe autour de l'axe de rotation.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages du produit apparaîtront au cours de la description suivante d' au moins un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins :
- la figure 1 est une vue en coupe d'un anneau d'équilibrage électrique selon la présente divulgation ;
- la figure 2 est une vue identique à la figure 1 présentant des dimensions des éléments de l'anneau ;
- la figure 3 est une vue de face partielle montrant une variante de l'anneau de la figure 1 comportant des fentes radiales ;
- la figure 4A, la figure 4B, la figure 4C et la figure 4D montrent des variantes de formes de la zone d'usure du anneau du type de la figure 1 ;
- la figure 5 est une vue en coupe d'un anneau d'équilibrage électrique du type de la figure 1 comprenant en outre un organe d'étanchéité ; et
- la figure 6 est une vue en coupe d'un pallier à roulement incorporant un anneau d'équilibrage électrique du type de la figure 1.
Sur les différentes figures, les mêmes références numériques désignent des éléments identiques ou similaires.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 montre un mode de réalisation d'un anneau d'équilibrage électrique 10 qui est destiné à être monté entre un élément fixe 11 et un élément rotatif 12 mobile en rotation par rapport à l'élément fixe autour d'un axe de rotation AX. L'anneau 10 comprend : - une première armature 20, de type annulaire autour de l'axe de rotation, qui est rigide et qui est montée solidaire d'un élément parmi l'élément fixe 11 et l'élément rotatif 12,
- une membrane 30, également de type annulaire autour de l'axe de rotation, réalisée en un matériau élastique, et
- une seconde armature 40, aussi de type annulaire autour de l'axe de rotation, qui est rigide et qui est monté solidaire de la première armature 30.
La première armature 20 et la membrane 30 sont aptes à conduire un courant électrique, notamment pour qu'un courant électrique puisse circuler entre l'élément fixe 11 et l'élément rotatif 12, ou inversement.
La membrane 30 s'étend entre une première extrémité 31 en contact avec la première armature 20, et une seconde extrémité 32 en contact avec l'autre élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif. La membrane 30 comporte un corps 33 entre la première extrémité 31 et la seconde extrémité 32.
Notamment, l'élément fixe 11 peut être un élément externe, i.e. le plus éloigné de l'axe de rotation AX, i.e. situé autour de l'élément rotatif 12 qui est alors un élément interne. C'est le cas d'utilisation d'un élément rotatif 12 qui est un arbre tournant (figure 1) .
Inversement, l'élément fixe 11 peut être un élément interne, i.e. le plus rapproché de l'axe de rotation AX, i.e. situé à l'intérieur de l'élément rotatif qui est alors un élément externe.
Par souci de simplification de la présente description, il sera maintenant considéré que la première armature 20 est reliée à l'élément fixe 11 externe, et que la seconde extrémité 32 est en contact avec l'autre élément, i.e. l'élément rotatif 12 interne, mais bien sûr l'autre utilisation convient également à la présente divulgation . La seconde armature 40 est adaptée pour pincer et fixer la membrane 30 entre la première armature 20 et la seconde armature 40. Autrement dit, la membrane 30 est fixée par pincement entre la première armature et la seconde armature, par exemple au moment de la fixation de la seconde armature 40 sur la première armature 20.
Selon la présente divulgation, la membrane 30 comprend une zone d'usure ZU à la seconde extrémité 32 de ladite membrane 30. Cette zone d'usure ZU est plus épaisse que le corps 33 de la membrane 30. En figure 2, l'épaisseur du corps 33 de la membrane est notée (e) , cette épaisseur étant prise dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'âme du corps de la membrane 30. L'épaisseur de la zone d'usure ZU de la membrane 30 est notée (b) , cette épaisseur est prise dans une direction perpendiculaire à l'axe de rotation AX, dans la position de montage de l'anneau sur l'élément rotatif 12.
En outre, la membrane 30 peut avoir une épaisseur non constante. Ainsi, l'épaisseur de la membrane au niveau de la première extrémité 31, notée (el) peut être supérieure à l'épaisseur (e) du corps 33 de la membrane 30.
La zone d'usure ZU forme ainsi une surface de contact 34 configurée pour glisser en contact sur une surface de glissement 14 de l'autre élément, i.e. l'élément rotatif 12 de la figure 1.
L'anneau d'équilibrage électrique 10 peut donc conduire un courant électrique de l'élément rotatif 12 vers la membrane 30 par le contact de la surface de contact 34 de la zone d'usure ZU à la seconde extrémité 32 de la membrane 30, puis par le corps 33 de la membrane 30 vers la première armature 20 en contact avec la première extrémité 31 de la membrane 30, puis par la première armature 20 vers l'élément fixe 11 grâce au contact entre cette première armature 20 et l'élément fixe 11. La conduction électrique peut aussi prendre le chemin inverse. La conductivité électrique de l'anneau d'équilibrage électrique 10 est ainsi élevée, et permet d'évacuer efficacement des charges électriques.
Pendant le fonctionnement de l'anneau 10, le glissement et éventuellement la friction de la surface de contact 34 de la membrane 3 sur la surface de glissement 14 provoque une usure de cette surface de contact et l'usure de la zone d'usure ZU qui se réduit en épaisseur. Mais, l'épaisseur de cette zone d'usure ZU plus épaisse que le corps 33 de la membrane 30 permet de conserver une aire de la surface de contact 34 sensiblement constante, tant que la zone d'usure ZU n'est pas totalement usée : tant que son épaisseur ne tend pas vers zéro. Ainsi, grâce à cette surface de contact 34 de la zone d'usure ZU, la conductivité électrique de l'anneau peut rester constante sur une très grande durée de fonctionnement.
Dans la position de montage de la figure 1 et la figure 2, la zone d'usure ZU de la membrane 30 s'étend dans la direction de l'axe de rotation AX sur une longueur (a) . Par exemple, la longueur (a) est supérieure ou égale à l'épaisseur (e) du corps 33 de la membrane 30 : a >= e .
Avantageusement, cette longueur (a) est supérieure à 1 mm, et elle peut être supérieure à 2 mm. Ainsi, la surface de contact 34 a une aire S34 de :
A34 = 7t. D. a
Avec D le diamètre de l'élément rotatif 12, a la longueur de la zone d'usure ZU. Eventuellement, la longueur (a) est supérieure ou égale à l'épaisseur (el) de la première extrémité 31 de la membrane 30 : a >= el.
Grâce à cette longueur (a) de la zone d'usure ZU, l'anneau 10 a une conductivité électrique élevée. En augmentant la longueur (a) , cette conductivité électrique peut être augmentée. La zone d'usure ZU a aussi une épaisseur (b) , cette épaisseur (b) étant prise dans une direction perpendiculaire à la direction de l'axe de rotation (AX) , dans la position de montage. Avantageusement, cette épaisseur (b) est supérieure à l'épaisseur (e) du corps 33 de la membrane 30, et de préférence supérieure à deux fois l'épaisseur (e) du corps 33 de la membrane 30. Ainsi, la zone d'usure est suffisamment épaisse pour assurer une durée de longévité importante pour l'anneau 10, tout en conservant une conductivité électrique constante et élevée.
Par exemple, l'épaisseur (e) de la membrane 30 est comprise entre 0,4 mm et 1 mm. Ainsi, l'épaisseur (b) de la zone d'usure ZU est alors comprise entre 0,5 mm et 3 mm.
En outre, la deuxième extrémité 32 de la membrane 30 comprend la zone d'usure ZU, et selon les notations en figure 2, l'épaisseur (c) de la deuxième extrémité 32 est sensiblement égale à la somme de l'épaisseur (e) de la membrane et de l'épaisseur (b) de la zone d'usure ZU : c = b + e .
La seconde armature 40 est par exemple montée solidaire à l'intérieur de la première armature 30, éventuellement par emmanchement ou par sertissage.
Selon le mode de réalisation présenté en figure 1, la première armature 20 et la seconde armature 40 ont une forme de L imbriquées l'une dans l'autre. Chacune de ces armatures 20, 40 est formée d'un manchon cylindrique 21, 41 qui s'étend dans la direction de l'axe de rotation AX, prolongé d'un flasque annulaire latéral 22, 42 perpendiculairement à l'axe de rotation AX et vers l'intérieur en direction de cet axe de rotation.
Le manchon cylindrique 21 de la première armature 20 est alors adapté pour être monté par emmanchement dans un logement 13 cylindrique en creux de l'élément fixe 11. La membrane 30 annulaire a un diamètre externe adapté pour être logée dans le manchon cylindrique 21 de la première armature 20, une première face 35 de la première extrémité 31 de cette membrane 30 contre le flasque annulaire latéral 22 de la première armature 20.
Le manchon cylindrique 41 de la seconde armature 40 est alors adapté pour être monté par emmanchement dans la surface interne du manchon cylindrique 21 de la première armature 20, jusqu'à venir plaquer le flasque annulaire latéral 42 de la seconde armature 40 contre une seconde face 36 de la membrane 30 (à sa première extrémité 31, et donc jusqu'à serrer par pincement la première extrémité 31 de la membrane 30.
Selon un mode de réalisation, la seconde armature 40 a une hauteur radiale (h) du flasque latéral 42 supérieure à une hauteur radiale (g) du flasque latéral 22 de la première armature 20, de sorte que le flasque latéral 42 s'étend vers l'axe de rotation AX plus que le flasque latéral 22 de la première armature 20. La membrane 30 a une seconde face 36 alors en contact sur la hauteur radiale (h) du flasque latéral 42 de la seconde armature 40, jusqu'à une extrémité interne 43 de la seconde armature 40. Ensuite le corps 33 de la membrane 30 est libre et s'étend de manière courbée dans la direction X de l'axe de rotation AX jusqu'à la seconde extrémité 32 et la zone d'usure ZU.
L'extrémité interne 43 de la seconde armature 40 est éventuellement courbée dans la direction X de l'axe de rotation AX. Ainsi, la membrane 30 n'est pas affectée en usure à cette extrémité interne 43 et le corps 33 de la membrane 30 prend plus facilement la forme courbé désirée, et déterminée par calcul et/ou essais. En effet, cette forme courbée, l'épaisseur, et le matériau de la membrane 30 détermine une force radiale que la membrane exerce concentriquement vers l'axe de rotation et sur l'élément rotatif 12. Cette force radiale détermine le bon contact de la zone d'usure ZU sur l'élément rotatif 12, et donc la conductivité électrique de l'anneau et sa capacité à conserver cette conductivité en fonctionnement, i.e. lors de la rotation de l'élément rotatif 12 et dans la durée de fonctionnement .
Selon une variante, la seconde armature 40 est également apte à conduire un courant électrique. Dans ce cas, le chemin du courant électrique peut transiter entre la membrane 30 et la première armature 20 comme précédemment, mais également entre la membrane 30 et la seconde armature 40. La seconde armature 40 étant montée solidaire de la première armature 20, l'autre branche du courant électrique passant par la seconde armature 40 rejoint alors la première armature 20. Cette disposition permet d'augmenter l'aire électriquement conductrice de la membrane 30 vers la première armature 20, cette aire électriquement conductrice étant sensiblement la somme d'une première aire A22 de contact direct entre la membrane 30 et la première armature 20 (ou aire du flasque 22 de la première armature 22) et d'une seconde aire A42 de contact entre la membrane 30 et la seconde armature 40 (ou aire du flasque 42 de la seconde armature) .
La première aire A22 est sensiblement égale à : A22 = 7t. g. [D+2.h+h] .
La seconde aire A42 est sensiblement égale à :
A42 = 7t. h. [ D+2. d+2. h-g] . Le contact entre la seconde armature 40 et la première armature 20 étant un contact métal-métal, il est considéré que son influence sur la conductivité est faible, c'est-à-dire qu'il n'y a qu'une très faible résistance à la conduction électrique. Ainsi, grâce à la conduction électrique de la seconde armature 40, la conductivité électrique de l'anneau 10 peut être réduite.
En outre, dans le cas d'une seconde armature 40 apte à conduire l'électricité, une hauteur radiale (h) importante permet d' obtenir une grande seconde aire A42 de contact entre la membrane 30 et la seconde armature 40 (aire du flasque 42 de la seconde armature) . La conductivité électrique de l'anneau 10 peut ainsi être augmentée .
Selon un mode de réalisation, la hauteur radiale (h) de la seconde armature 40 est d'au moins deux fois supérieure à la hauteur radiale (g) de la première armature 30.
La hauteur radiale (g) de la première armature 20 peut être inférieure à la moitié de la distance (Di) entre la surface interne de l'élément fixe 11 et l'élément rotatif 12. La membrane 30 est alors maintenue pincée dans la direction de l'axe de rotation AX sur uniquement cette hauteur radiale (g) .
La hauteur radiale (h) de la seconde armature 40 peut être inférieure à la moitié de la distance (Di) entre la surface interne de l'élément fixe 11 et l'élément rotatif 12. Autrement dit, la hauteur radiale (h) de la seconde armature 40 est inférieure à la la distance (d) entre l'extrémité interne 43 et l'élément rotatif 12. La taille de la seconde armature 40 est ainsi limitée et son coût est aussi limité. Le corps 33 de la membrane 30 conserve une large zone courbée jusqu'à la zone d'usure ZU, pour réduire la force radiale et donc la friction et l'usure de la zone d'usure ZU.
Selon un mode de réalisation, la première armature 20 et/ou la seconde armature 40 peuvent comprendre des picots adaptés pour pénétrer dans la membrane 30 et la solidariser à ladite première et/ou seconde armature. Ainsi, la membrane 30 est mécaniquement solidaire d'au moins une ou les deux armatures, et elle est donc maintenue fixement dans l'anneau 10.
Selon un mode de réalisation, la membrane 30 peut être éventuellement fixée à la première et/ou seconde armature 20, 40. Par exemple, la membrane 30 est fixée à la première et/ou seconde armature par adhésion. Selon un mode de réalisation, la membrane 30 peut être fixée à la première et/ou la seconde armature à l ' aide de rivets répartis angulairement sur une circonférence de ladite membrane 30 . Les rivets traversent la membrane 30 et au moins une des armatures , la première et/ou la seconde armature .
Selon un mode de réalisation, la membrane 30 peut comprendre un revêtement conducteur sur sa surface externe . Eventuellement Toute la surface externe de la membrane 30 est recouverte de ce revêtement conducteur . En alternative , des portions prédéterminées de la surface externe de la membrane 30 sont recouvertes de ce revêtement conducteur . Par exemple , le revêtement conducteur peut être localisé uniquement sur la zone d' usure ZU, la surface de contact 34 , ou la première face 35 ou la seconde face 36 , ou une combinaison de ces lieux . Ainsi , la conductivité électrique de l ' anneau 10 peut être améliorée .
Selon un mode de réalisation, la membrane 30 peut être formée dans un matériau PTFE . De préférence , ce matériau conducteur contient une charge conductrice , tel que du carbone ou autre .
Selon un mode de réalisation, le corps 33 de la membrane 30 peut comprendre des ondulations configurées pour régler une valeur désirée de la rigidité ou de la flexibilité dudit corps de la membrane . Notamment , ces ondulations sont situées entre l ' extrémité interne 43 de la deuxième armature 40 et la zone d' usure ZU .
En variante , le corps 33 de la membrane 30 peut comprendre une ou plusieurs restrictions d' épaisseur, par exemple localisées sur une ou plusieurs positions entre l ' extrémité interne 43 de la deuxième armature 40 et la zone d' usure ZU . Cette ou ces restrictions sont par exemple une réduction d' épaisseur sur une circonférence ou une portion de circonférence . Cette ou ces restrictions d' épaisseur peuvent aussi être utilisées pour régler une valeur désirée de la rigidité ou de la flexibilité dudit corps de la membrane .
Selon un mode de réalisation présenté sur la figure 3 , la membrane 30 peut comprendre des fentes 37 qui s ' étendent radialement et qui séparent le corps 33 de la membrane 30 selon des secteurs angulaires répartis sur la circonférence de la membrane 30 . Ces fentes 37 sont traversantes . Chaque fente 37 traverse la membrane 30 entre la deuxième extrémité 32 et un point radial situé à proximité de l ' extrémité interne 43 de la deuxième armature 40 .
Grâce à ces fentes , la membrane 30 est plus flexible . La force radiale est réduite . En outre , on obtient une plus faible variation de la force radiale dans des cas de défaut de circularité de l ' élément rotatif 12 et/ou de défaut de coaxialité entre l ' élément fixe 11 et l ' élément rotatif 12 . La membrane 30 conserve plus aisément le contact électrique de la surface de contact 34 avec la surface de glissement 14 de l ' élément rotatif 12 . La conductivité électrique est augmentée et plus stable en fonctionnement .
Eventuellement , les fentes 37 se terminent audit point radial par une portion ouverte 38 , comme représenté sur la figure 3 . La portion ouverte est par exemple une ouverture circulaire d' un diamètre prédéterminé . Cette portion ouverte évite des déchirements de la membrane 30 au niveau du point radial .
Selon divers modes de réalisation présentés en figure 4A, figure 4B, figure 4C et figure 4D, la zone d' usure ZU en deuxième extrémité 32 de la membrane 30 peut présenter des formes diverses en section radiale . La figure 4A montre une section rectangulaire ; la figure 4B montre une section circulaire ; la figure 4C montre une section elliptique ; et la figure 4D montre une section en trapèze . Ces diverses formes influencent la force radiale , l ' aire de la surface de contact 34 , et ainsi la conductivité et leurs évolutions dans le temps . Elles pourront être choisies en fonction de l'application et d'essais. Ces formes influencent également la variation au cours du temps (en fonctionnement) de la conductivité de l'anneau d'équilibrage électrique 10.
La figure 5 illustre un mode de réalisation de l'anneau d'équilibrage électrique 10 comprenant en outre un organe d'étanchéité 60. Cet organe d'étanchéité est par exemple un joint élastique annulaire s'étendant entre une première l'élément fixe 11 et l'élément rotatif 12. Il peut être relié directement ou indirectement de manière étanche à la première armature 20 ou à la membrane 30 ou à la seconde armature 40. L'organe d'étanchéité 60 est par exemple constitué d'un matériau de type élastomère ou caoutchouc. L'organe d'étanchéité peut aussi comprendre une lèvre 61 pour assurer l'étanchéité sur l'élément rotatif 12 et pour limiter la friction sur l'élément rotatif 12.
L'anneau d'équilibrage électrique 10 peut comprendre un seul organe d'étanchéité comme représenté en figure 5, localisé sur un côté ou l'autre de la membrane 30 dans la direction de l'axe de rotation AX. La membrane 30 est ainsi protégée contre des pollutions externes pouvant provenir du côté duquel est situé ledit organe d'étanchéité. Par pollution, on entend des particules solides ou des fluides tels que de l'huile ; ces pollutions pouvant affecter la conductivité électrique de la membrane 30 et donc de l'anneau d'équilibrage électrique 10 par le fait de leur interaction possible avec la surface de contact 34.
En variante, l'anneau d'équilibrage électrique 10 peut comprendre un organe d'étanchéité 60 de chaque côté de la membrane 30 dans la direction de l'axe de rotation AX. Ainsi, la membrane 30 est protégée contre des pollutions externes de chaque côté.
En outre, le ou les organes d'étanchéité 60 peuvent être constitués d'un matériau également apte à conduire un courant électrique, i.e. avec une bonne conductivité électrique. Par exemple, l'organe d'étanchéité a un matériau comprenant des particules conductrices d'électricité, ou un avec un revêtement conducteur d' électricité .
La figure 6 montre un exemple d'application particulier de l'anneau d'équilibrage électrique 10 précédemment décrit. Cette figure montre un palier à roulement 1 comprenant sur au moins un côté un anneau d'équilibrage électrique 10 tel que décrit ci-dessus afin d'assurer le transfert de charges électriques. Le palier à roulement est par exemple un palier à roulement de véhicule automobile, et plus particulièrement par exemple un palier à roulement de roue de véhicule automobile, comme cela est représenté sur la figure 5.
Ce palier à roulement 1 comprend notamment:
- un organe fixe 2,
- un organe rotatif 3 entraîné en rotation par un arbre 5 et sur lequel est par exemple fixée une roue de véhicule, et
- des corps roulants 4 disposés dans l'espace de roulement 4e formé entre l'organe fixe 2 et l'organe rotatif 3 pour permettre la rotation relative l'organe rotatif 3 par rapport à l'organe fixe 2 autour de l'axe de rotation X, tout en reprenant des efforts importants entre l'organe fixe et l'organe rotatif.
L'élément fixe 11 de l'anneau 10 est soit directement l'organe fixe 2, soit fixé sur ledit organe fixe 2 du palier à roulement 1.
L'élément rotatif 12 de l'anneau 10 est soit directement l'organe rotatif 3, soit fixé sur ledit organe rotatif 3 du palier à roulement 1.
Les corps roulants 4 peuvent être des billes ou rouleaux ou de tout autre type connus .
Grâce à l'anneau d'équilibrage électrique 10 selon la présente divulgation, le palier à roulement 1 est apte à transférer des charges électriques l ' organe fixe et l ' organe rotatif , sans passer par les corps roulants , ce qui peut les détériorer . Un véhicule équipé des tels dispositifs sera ainsi plus endurant .
Nomenclature
10 Anneau d' équilibrage électrique
11 Elément fixe
12 Elément mobile
13 Logement
14 Surface de glissement
20 Première armature
21 Manchon cylindrique
22 Flasque latéral
30 Membrane
31 Première extrémité
32 Deuxième extrémité
33 corps
34 Surface de contact
35 Première face
36 Seconde face
37 fentes
38 Portion ouverte
40 Deuxième armature
41 Manchon cylindrique
42 Flasque latéral
43 Extrémité interne
ZU Zone d' usure

Claims

REVENDICATIONS
1. Anneau d'équilibrage électrique (10) destiné à être monté entre un élément fixe (11) et un élément rotatif (12) mobile en rotation par rapport à l'élément fixe autour d'un axe de rotation (AX) , l'anneau comprenant: une première armature (20) , annulaire, rigide, montée solidaire sur un élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, une membrane (30) , annulaire, réalisée en un matériau élastique, s'étendant entre une première extrémité (31) en contact avec la première armature, et une seconde extrémité (32) en contact avec l'autre élément parmi l'élément fixe et l'élément rotatif, ladite membrane ayant un corps (33) entre la première extrémité et la seconde extrémité, une seconde armature (40) , annulaire, rigide, montée solidaire de la première armature et adaptée pour pincer et fixer la membrane entre la première armature et la seconde armature, dans lequel la première armature et la membrane sont aptes à conduire un courant électrique entre l'élément fixe et l'élément rotatif, et ledit anneau étant caractérisé en ce que la membrane comprend une zone d'usure (ZU) à la seconde extrémité, ladite zone d'usure étant plus épaisse que le corps de la membrane, et la zone d'usure formant une surface de contact (34) configurée pour glisser en contact sur une surface de glissement (14) de l'autre élément et assurer une conductivité électrique entre l'élément fixe et l'élément rotatif.
2. Anneau selon la revendication 1, dans lequel la zone d'usure de la membrane s'étend dans la direction de l'axe de rotation (AX) sur une longueur (a) supérieure ou égale à l'épaisseur (e) du corps (33) de la membrane (30) , l'anneau étant dans la position de montage entre l'élément fixe et l'élément rotatif.
3. Anneau selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la zone d'usure (ZU) a une épaisseur (b) supérieure à l'épaisseur du corps de la membrane .
4. Anneau selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la zone d'usure (ZU) a une masse configurée pour assurer le contact entre la surface de contact et la surface de glissement pour une plage de vitesse de rotation de l'élément rotatif.
5. Anneau selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la membrane (30) est fixée à la seconde armature.
6. Anneau selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la membrane (30) comprend des fentes (37) radiales s'étendant jusqu'à la seconde armature (40) et se terminant par une portion ouverte (38) .
7. Anneau selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la membrane (30) comprend un revêtement conducteur d'électricité, ledit revêtement étant au moins sur la surface de contact (34) de la zone d'usure (ZU) .
8. Anneau selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la membrane (30) est formée dans un matériau PTFE contenant une charge conductrice, tel que du carbone.
9. Anneau selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la seconde armature (40) est apte à conduire un courant électrique entre l'élément fixe et l'élément rotatif .
10. Anneau selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la seconde armature (40) a une hauteur radiale (h) supérieure à une hauteur radiale (g) de la première armature (20) .
11. Anneau selon la revendication 10, dans lequel la hauteur radiale de la seconde armature est au moins deux fois supérieure à la hauteur radiale de la première armature, et la hauteur radiale de la première armature est inférieure à la moitié de la distance (Di) entre l'élément fixe et l'élément rotatif.
12. Anneau selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel la première armature et/ou la seconde armature comprennent des picots adaptés pour pénétrer dans la membrane et solidariser la membrane à la première et/ou seconde armature.
13. Anneau selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel la seconde armature (40) a une extrémité interne (43) qui est courbée en direction de la une seconde extrémité (32) de la membrane, dans la position de montage de 1 ' anneau .
14. Palier à roulement (1) comprenant un anneau d'équilibrage électrique (10) selon l'une des revendications 1 à 13, et des corps roulants (4) disposés dans un espace de roulement pour permettre la rotation relative de l'élément rotatif par rapport à l'élément fixe autour de l'axe de rotation.
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