FR2460053A1

FR2460053A1 - Machine electrique a courant fort

Info

Publication number: FR2460053A1
Application number: FR8003208A
Authority: FR
Inventors: Ian Roderick Mcnab; Philip Reichner
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1979-06-25
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1981-01-16
Also published as: GB2052880B; JPS638593B2; GB2052880A; IT8041530A0; FR2460053B1; US4277708A; DE3006330C2; IT1154173B; DE3006330A1; JPS566390A; CH653491A5

Abstract

A.MACHINE ELECTRIQUE A COURANT FORT. B.MACHINE CARACTERISEE EN CE QU'ELLE COMPORTE UN BALAI COLLECTEUR DE COURANT 13 FORME PAR DE MULTIPLES FIBRES METALLIQUES 43, CONDUCTRICES D'ELECTRICITE, INDEPENDANTES EN FLEXION, ET PROTEGEANT LA SURFACE DE CONTACT DE FROTTEMENT, PAR RAPPORT AL'AIR, ET EN CE QU'ON FOURNIT A CETTE SURFACE UN GAZ NON OXYDANT CONTENANT UNE CERTAINE QUANTITE DE VAPEUR D'EAU POUR FORMER UN FILM LUBRIFIANT ENTRE LE BALAI 13 ET L'ORGANE DE CONTACT 19 PAR FROTTEMENT, POUR ASSURER UN EFFET DE LUBRIFICATION ET REDUIRE AU MINIMUM L'USURE DE CETTE SURFACE DE FROTTEMENT DU BALAI.

Description

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La présente invention concerne une machine électri-

que à courant fort.

Dans de nombreuses machines électriques, il faut réaliser un chemin conducteur entre deux organes qui se déplacent l'un par rapport à l'autre. Dans les-machines dynamo-électriques ou machines tournantes, il est usuel d'avoir un balai réalisé en un matériau conducteur d'électricité, qui glisse sur la surface d'une bague de glissement ou d'un commutateur, pour

former un chemin de courant entre le rotor et une borne exté-

rieure. Une condition principale relative à un tel balai est de laisser passer un courant suffisamment fort par unité de surface au niveau de l'interface entre le balai et la surface de contact, et d'avoir une résistance élevée à l'usure et un

faible coefficient de frottement.

Pour de tels balais, on a déjà utilisé des blocs de carbone, de graphite et de carbone-métal. Pour de tels blocs, la limite des densités de courant était de l'ordre de 16 Ampères/mm pour pouvoir fonctionner de façon satisfaisante dans une atmosphère d'air. Toutefois pour de tels balais, de façon caractéristique seulement 1/10000 de la surface de la face du balai est utilisé pour assurer un contact d'interface réel pour le passage du courant. Cela provient des films d'oxyde qui

existent dans la zone de contact entre les surfaces, de l'irré-

gularité de la surface du balai et de la topographie de la sur-

face de la bague de glissement ainsi que de l'accumulation de débris à la surface. Pour améliorer le contact des balais, on peut exercer des charges importantes mais qui entraînent un

frottement élevé des balais et par suite une usure élevée.

Le brevet U.S. 3.668.451 et le brevet U.S 3.886.386 décrivent des solutions pour résoudre ce problème en utilisant des balais à éléments multiples, coulés, noyés de métal, enfermés étroitement dans des fibres non conductrices d'oxyde

d'aluminium ou de nitrure de bore ou encore des fibres de car-

bone, conductrices, allongées, plaquées ou non plaquées. Ces

balais donnent une bonne surface de contact ainsi qu'une résis-

tance et une souplesse élevées. Ces balais peuvent s'utiliser pour des densités de courant de l'ordre de 156 A/mm pour des

vitesses de glissement allant jusqu'à 6000 m/min (100 m/sec).

Les tentatives pour supprimer l'usure élevée et la chute de tension provoquéespar les films d'oxyde, ont

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-Irl-suê à utiliser de l'hydrogène gazeux comme fluide de refroidissement en combinaison avec l'introduction d'une faible quantité de vapeur de mercure dans le gaz de refroidissement, à caractéristique non oxydante (brevet U.S. 1.922.191). Plus récemment, on a utilisé de l'air mélangé à des alcools, des éthers, des esters et des cétones pour refroidir et lubrifier des balais de génératrices à courant continu et de moteurs à courant continu, utilisés dans les avions de haute altitude, et

fonctionnant dans de l'air sec raréfié (voir brevetsU.S.

2.662.195 et 2.703.372.) Au cours des quinze dernières années, il a été

porté un intérêt très grand au développement des machines homo-

polaires pour la propulsion des navires ou encore pour des applications de puissance, impulsionnelles à fusion. En général ces machines dans lesquelles un champ magnétique et le courant qui traversent les conducteurs actifs conservent le même sens

par rapport aux conducteurs lorsque la machine est en fonction-

nement régulier.

Dans le but d'une plus grande efficacité et pour arriver à des machines de dimensions acceptables, les systèmes de collecteur de courant pour de telles machines tournantes à courant fort, doivent travailler dans des conditions très

strictes. Les niveaux de densité de courant du contact à l'in-

terface des balais doivent être de l'ordre de 780 A/mm2 pour

des vitesses de glissement, continues allant jusqu'à 6600 m2/min.

Les machines à fonctionnement impulsionnel peuvent arriver à des densités de l'ordre de 3900 A/mm pour des vitesses allant jusqu'à 23000 m/min, pendant des durées de quelques centièmes

de millisecondes.

Le brevet GB 1.256.757 décrit une solution destinée à résoudre les problèmes de collecteur de courant dans des machines dynamo-électriques homopolaires, en utilisant des systèmes collecteurs de courant, très complexes, et coûteux, à métaux liquides, du type sodium-potassium. Bien que de tels

systèmes de collecteur de courant à métal, donnent une conducti-

vité électrique élevée et un contact intime, ils posent néan-

moins des difficultés importantes dans la réalisation de la machine, des problèmes de turbulence et de toxicité ainsi que

des problèmes de compatibilité.

Pour que des machines électriques à courant fort

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telles que des machines homopolaires soient intéressantes sur le plan économique, il faut les équiper de nouveaux moyens de collecte de courant et autres, qui soient simples et peu coûteux, et qui maintiennent les pertes électriques et les pertes par frottement à un niveau.minîial. A cet effet, l'invention concerne une machine électrique à courant fort comportant un organe fixe et un organe mobile et au moins un collecteur de courant, à balai, placé entre les deux organes suivant un contact par frottement avec l'un des organes, le balai étant formé d'un ensemble de fibres métalliques conductrices d'électricité, indépendantes en flexion, et protégeant la surface de contact de frottement par rapport à l'air, et en ce qu'on fournit à cette zone un gaz non oxydant contenant une certaine quantité de vapeur d'eau susceptible de former un film lubrifiant entre le balai et l'organe de contact par frottement, pour donner un effet de lubrification et réduire au minimum l'usure dans la zone de

frottement du balai.

La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels:

- la figure 1 est un schéma d'une machine dynamo-

électrique homopolaire en forme de tambour fermé.

- la figure 2 est un schéma d'un appareil d'essai

de balai utilisé pour les exemples.

- la figure 3 est un schéma détaillé de la réalisa-

tion d'un balai.

La figure 1 montre une machine dynamo-électrique , homopolaire, tournante, à courant fort; cette machine est en forme de tambour. La théorie des machines homopolaires remonte à 1831 lorsque Faraday a présenté le premier générateur homopolaire à la Royal Society. Faraday a démontré que l'on pouvait créer une tension en faisant tourner un disque entre les poles d'un aimant en fer à cheval et en recueillant le courant sur le diamètre intérieur et le diamètre extérieur du

disque.

Une caractéristique d'une machine homopolaire est que l'enroulement de l'induit se compose de deux parties dont l'une est fixe et l'autre est mobile. Cette structure limite le nombre de spires utilisables pour l'induit. C'est pourquoi comme l'enroulement de l'induit comporte un faible nombre de

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spires, la machine homopolaire présente de façon caractéristique une faible tension et une forte intensité. Le développement de ces machines a été limité depuis 1831 parce qu'il faut faire passer des courants forts par des contacts de glissement entre les éléments tournants et les éléments fixes. On peut classer les machines homopolaires en deux groupes; les machines à disque et les machines à tambour. Pour les machines à disque, on crée un champ magnétique axial à l'aide d'une bobine à courant continu, et ce champ est coupé par le rotor en forme de disque se déplaçant dans un plan perpendiculaire au champ. Pendant la rotation du disque, il se crée une tension dans la direction radiale par suite d'une augmentation de la liaison du champ magnétique. En plaçant des balais sur le diamètre extérieur du disque et au centre de celui-ci, on peut recueillir une quantité d'énergie électrique qui est équivalente à l'énergie mécanique d'entrée diminuée

des pertes mécaniques et électriques du système.

Dans le cas d'une machine homopolaire à tambour comme celle de la figure 1, le champ magnétique radial créé par le solénoïde c'est-à-dire les enroulements du stator 11 (champ représenté par les flèches) est coupé par un rotor 12 en forme de tambour. Pendant la rotation du tambour, on obtient une tension. Si les balais 13 sont placés à chaque extrémité du rotor en forme de tambour, on peut extraire de ce système de l'énergie électrique par les conducteurs 14. La figure

montre également une base 15 et une enceinte 16 avec un inter-

valle 17 dans lequel les chemins conducteurs du rotor se déplacent transversalement dans les lignes de forces magnétiques pendant la rotation du rotor 12. Les balais 13 sont situés entre le rotor mobile 12 et un organe fixe portant les balais

(non représentés aux dessins).

La machine homopolaire à tambour, plein, a les

mêmes limites mécaniques et électriques qu'une machine homopo-

laire à disque plein car les vitesses périphériques élevées limitent la réalisation des contacts des balais électriques de glissement 13. On peut augmenter la tension fournie par de telles machines à disque, en formant les disques à l'aide de segments et en branchant les divers segments en série ou encore en

branchant plusieurs disques en série. Pour une machine homopo-

laire à tambour, on peut augmenter la tension en segmentant les

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tambours et en branchant les segments en série ou encore en branchant plusieurs tambours en série. L'expression ' machine

homopolaire' englobe ces divers montages.

Le courant sort de la machine dynamo-électrique 10 par l'intermédiaire d'un balai à éléments multiples, qui est

composé d'un grand nombre de fibres indépendantes en fléchisse-

ment c'est-à-dire sur le plan mécanique, et qui sont reliées à un conducteur adéquat, dans une atmosphère non oxydante à

humidité réglée. Les fibres indépendantes sur le plan du fléchis-

sement, sont souples et sont libres de se déplacer indépendam-

ment. Les fibres sont séparées les unes des autres au niveau de leur extrémité de contact et ne sont pas pressées les unes contre les autres par torsion ou par une gaine. Les balais 13 sont soumis à une charge ou une pression pour tre en contact

avec l'interface du rotor à la surface de l'anneau de glisse-

ment 18. Les balais font un contact mécanique et un contact

électrique adéquats avec un circuit électrique par l'intermé-

diaire des conducteurs 14. Le rotor 12 en forme de tambour (figure 1) est réalisé en acier avec un bord 19 qui est en aluminium, en cuivre ou en tout autre matériau très conducteur

d'électricités qui est réuni à la surface extérieure.

Le balai 13 se compose d'un grand nombre d'éléments compris en général entre 5 et 10.000,000; bien que des balais 13, distincts soient représentés sur la partie fixe de la

machine, les balais pourraient également avoir une forme circu-

laire entourant un organe rotatif, par exemple la périphérie du rotor et pourraient être formés de centaines de millions d'éléments. On choisit des fibres adéquates dans des métaux tels que de l'argent, du rhodium, du ruthénium, de l'or, du cobalt - de l'aluminium, du molybdène, du cuivre et des alliages

de ces métaux. De façon préférentielle, on choisit le cuivre.

Les fibres si ellesont une section circulaire ont une épaisseur ou un diamètre de l'ordre de 10 à 1000 microns. L'épaisseur signifie le diamètre et s'applique à la fois à des sections circulaires et rectangulaires. Les fibres ont une longueur

libre comprise de préférence entre 2 et 25 mm.

L'épaisseur des fibres peut être inférieure à 0,01 mm, ce qui donne un balai fragile et exige une très faible longueur ou une charge réduite, si bien que le contact entre le balai et l'anneau de glissement est faible par suite de l'excentricité du rotor et du film lubrifiant qui s'établit entre le balai et l'anneau de glissement. Les épaisseurs de fibres dépassant 1 mm donnent un balai trop rigide, si bien qu'il faut des éléments très longs et une charge plus importante pour avoir un bon contact entre le balai et l'anneau de glisse- ment. Dans ce cas, les fibres peuvent rompre le film lubrifiant

et provoquer un dégagement de chaleur et une usure trop impor-

tante. L'anneau de glissement 18 est de préférence réalisé en des métaux ou des alliages choisis dans la liste donnée ci-dessus pour la réalisation des balais; il s'agit de préférence de cuivre ou de cuivre revêtu d'argent. La charge mécanique de contact des fibres sur l'anneau de glissement ou toute autre surface mobile est critique et doit être de l'ordre de

0,45 10-6 kg /fibre à 0,45 10-2 kg,/fibre. Des valeurs supé-

rieures à 0,45 10 2 kg,/fibre peuvent provoquer la rupture du film lubrifiant. Pour des valeurs inférieures à 0,45 10-6 kg/fibre

la conduction électrique peut être diminuée.

En combinaison avec le balai à éléments multiples, on maintient une atmosphère de travail, réglée, dans l'enceinte telle que l'intervalle 17. Pour assurer un fonctionnement sans formation de film isolant, sans dégagement excessif de chaleur et sans usure des balais, il faut utiliser une atmosphère très humide, sans oxygène, à forte conductivité de chaleur, cette atmosphère étant constituée par un gaz choisi dans le groupe formé par l'oxyde de carbone (gaz carbonique), l'argon, l'hélium,

l'azote ou l'hydrogène, ces gaz étant pris seuls ou en combi-

naison. Le gaz non oxydant, humidifié peut être enfermé totalement dans la machine; il peut également s'agir d'un gaz qui traverse la machine en y entrant par les entrées 20 pour en sortir par les sorties 21. Le gaz humidifié doit être en contact et arriver au niveau de l'interface du balai et de l'organe rotatif pour assurer l'effet de lubrification. L'eau contenue dans le gaz doit être suffisante pour.permettre l'adsorption d'un film de vapeur d'eau, extrêmement mince à la surface du balai et de l'anneau de glissement de façon à obtenir des caractéristiques de lubrification entre le balai et l'anneau de

glissement. On pense que le film d'eau correspond à une épais-

seur de l'ordre de 1 à 10 molécules et est de préférence prati-

quement continu. En général la pression partielle de la vapeur

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d'eau dans le gaz sera supérieure à celle au point de saturation de la glace, entre 7 n 10-3 bar et 0,02 bar à la température ambiante de saturation. En-dessous d'une pression partielle inférieure à 7 O 10O3 bar, qui correspond au point de saturation de la glace, le film lubrifiant, formé, peut être discontinu et n'avoir qu'un effet lubrifiant limité. Audessus de 0,02 bar pour la saturation à la température ambiante, le film tend à gêner le passage du courant électrique à l'interface entre le

balai et l'anneau de glissement, et des-phénomènes de condensa-

tion peuvent se présenter dans les zones non chauffées de la machine0 L'utilisation d'un balai à fibres ayant une bonne conductivité thermique et la réalisation d'un film lubrifiant à faible coefficient de contact, sur la face du balai, donnent de façon caractéristique une température de contact, moyenne à l'interface du balai et de l'anneau de glissement, qui est comprise entre 750C et 2000C. Comme il n'y a pas d'air, on évite une oxydation importante et la vitesse d'usure élevée, par abrasion ou une forte résistivité du film de contact,

suivant les relations contrainte/résistance du film de surface.

On suppose que l'introduction de la vapeur d'eau donne un film d'interface, réglé sur l'anneau de glissement, tournant et sur la face du balai à l'endroit de son contact avec l'organe rotatif, du fait de l'absorption par effet physique et chimique,

ce qui est nécessaire pour un bon résultat.

La subdivision du balai en de nombreux éléments métalliques, essentiellement parallèles, séparés mécaniquement et indépendantsà la flexion (figure 3) permet de disperser de façon correspondante les efforts mécaniques sur l'interface de

glissement. La souplesse et le degré de liberté du mouvement indé-

pendant de chaque fibre sont nécessaIms pour assurer une répar-

tition égale de la charge et permettre de suivre les irrégula-

rités de la surface de l'anneau de glissement. Chaque élément peut alors être interpreté comme un contact distinct suivant une force très réduite. La combinaison avec le film lubrifiant mentionné ci-dessus permet à la surface métallique de glisser à une proximité suffisante pour permettre la conduction des électrons à travers le film lubrifiant de l'interface, tout en

évitant le contact métallique intime et les soudures locales.

Bien que l'invention ait été envisagée ci-dessus dans son application à une machine électrique homopolaire, il est clair que l'invention peut s'utiliser avantageusement dans toute machine électrique à mouvement de rotation ou à mouvement

linéaire, telle que les moteurs de grandes dimensions, néces-

sitant un chemin conducteur d'électricité entre deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre. Le balai peut ainsi être

fixé à un organe mobile ou à un organe fixe.

ESSAI No 1 On a essayé un balai formé par un seul faisceau de

fibres, dans un système de collecteur de courant chargé simple-

ment par la gravité (figure 2). On a enfermé le système dans une chambre scellée pour permettre de régler l'atmosphère. Le balai était constitué par un cible de cuivre, ouvert à la main, et formé de 168 éléments de cuivre, distincts ayant chacun un diamètre de 127 microns. Le dépassement entre les éléments du balai et le support était de l'ordre de 8 millimètres. Chaque élément de fibres de cuivre était indépendant des autres éléments

sur le plan mécanique et celui de la flexion.

Le câble 40 des figures 2, 3, monté dans un support en cuivre 41 était fixé à un bras de chargement 42. L'extrémité étalée 43 du balai, venant en saillie à l'avant du support, était formée de fibres essentiellement parallèles, indépendantes. Une vis de réglage 44 fixait le balai en position d'essai tout en permettant une alimentation périodique ou continue à travers le support, pour permettre de renouveler le balai et le remplacer après usure, en faisant avancer le câble 40 également utilisé comme shunt de courant. Le shunt était placé pour réduire au minimum l'effet de la force de contact du balai, que l'on a mesures après avoir réalisé le contact électrique. Les figures

ne montrent pas la chambre scellée de façon étanche.

Le balai 43 a été disposé suivant un angle d'environ 450 par rapport à la surface 45 de l'anneau de glissement d'un diamètre de 82,6 mm. Les anneaux de glissement utilisés étaient soit en cuivre plein soit en cuivre plaqué d'argent. La surface du balai était courbée en fonction de la courbure de l'anneau de glissement pour assurer un bon contact à l'interface 46 du balai et de l'anneau de glissement à l'aide d'un revêtement d'oxyde d'aluminium à 240 grains, que l'on a enveloppé autour de la périphérie de l'anneau de glissement, tournant, en mettant le côté abrasif à l'extérieur. On a mesuré l'usure du balai à

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l'aide dun capteur d'usure 47. Après avoir obtenu la courbure

correcte à la surface du balai et après avoir enlevé le revête--

ment abrasif, on a mesuré la chute de tension de contact entre

la surface de l'anneau de glissement et le support du balai.

La plus grande partie des essais de chute de contact ont été faits avec du gaz carbonique humide ou de l'argon comme gaz non oxydant. On a fait passer un flux continu de gaz non

oxydant, humide, à travers la chambre dans laquelle on a main-

tenu une pression égale à la pression atmosphérique, de façon à obtenir un film lubrifiant, continu à l'interface du balai et de l'anneau de glissement0 La pression partielle de la vapeur d'eau était de 0,02 bar (saturation à la température ambiante). L'anneau de glissement tournait à une vitesse de

l'ordre de 600 m/min (pour une vitesse de rotation de 2800 t/min).

Le balai était positif par rapport à l'anneau de glissement.

On a calculé les diverses densités du courant en fonction de la section de chaque fibre. Les résultats sont consignés dans le tableau 1 ci-après, généralement pour des périodes de fonctionnement de deux heures: o

TABLEAU 1

Densité de courant (A/mm 1 250 1 250 1 250 1 250 000 Vitesse de glissement m/min 1 000 Nombre de fibres de balais Surface de l'anneau de glissement Cu Ag Ag Ag Ag Gaz chargé de vapeur CO2 CO2 Ar CO2 CO2 chute de tension (mv) Force totale de contact (bar 10-3 2,7 2,8 2,8 4,4 3,4 o w (Ji o O nJ Fi (J. O FI Ln o M os o Ln w La charge de contact des fibres était généralement de l'ordre de 1,7 * 10-3 kg/fibre. Cette donnée correspondant à la simulation de l'environnement d'une machine tournante à fort courant, traduit de très faibles pertes de tension au niveau de l'anneau de glissement de cuivre et des résultats remarquables pour un anneau de glissement plaqué d'argent, et en utilisant du gaz carbonique ou de l'argon humidifié. A titre de comparaison, pour un balai de fibres et une densité de courant de 1250 A/mm 2, dans un balai classique métal- graphite contenant 96 % de cuivre et laissant passer le même courant total pour une densité de 15,6 A/mm 2, il y aurait une surface

carrée de 12,5 mm au carré et une chute de tension approximati-

vement égale à 100 mv.

Dans le cas d'intensités de l'ordre de 1250 A/mm, la température de contact, moyenne de l'interface du balai était très inférieure à 200'C, traduisant la formation d'un film de vapeur d'eau de lubrification, et que l'utilisation de plusieurs fibres, indépendantes, à bonne conduction thermique, dissipe la chaleur formée. Après chaque essai, on a examiné la surface du balai et dans chaque cas on a constaté une usure

minimale sans oxydation et diffusion apparentes des fibres.

Dans le cas d'une densité de courant de 10000 A/mm2, après une durée de fonctionnement de deux heures au-delà d'une densité de 9400 A/mm 2, la température de l'interface a dépassé 300'C et on a constaté quelques déformations du balai. Toutefois, la suite a montté que le fonctionnement des balais et de l'anneau de glissement pouvait se faire pour de courtes périodes à des

courants extrêmement élevés.

En réduisant la pression partielle de la vapeur d'eau dans le gaz carbonique jusqu'à un niveau de 7 - 103 bar (point de saturation de la glace>, la piste du balai a laissé une légère rugosité à la surface de l'anneau de glissement et

les mesures de chute de tension sont devenues incohérentes.

La réduction de la pression partielle en-dessous de cette valeur

augmenterait la rugosité de la surface de contact et la résis-

tance du contact électrique.

L'introduction d'air ambiant a donné des mesures très dispersés pour la chute de tension de contact et une usure

rapide du balai et de la surface de l'anneau de glissement.

Ainsi la combinaison de gaz utilisés et la quantité de vapeur il

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d'eau constituent des éléments très importants pour arriver à une surface de contact de glissement à faible frottement,

permettant un transfert efficace de courant.

ESSAI N02

On a essayé un balai formé d'un faisceau de multiples fibres, dans une plage de densités de courant et de vitesses de glissement. L'appareil d'essai était quelque peu plus grand mais son fonctionnement est analogue à celui de l'exemple 1

et on a maintenu un contact conducteur-de fibres, similaire.

Le balai se composait de 15 faisceaux (3 rangées de 5 faisceaux) avec 2520 éléments de cuivre, distincts, écartés à la main,

chacun ayant un diamètre de 127 microns et une longueur approxi-

mativement égale à 8 mm. Le balai était de forme rectangulaire pour s'adapter à un support habituel. Chaque fibre élémentaire

était indépendante mécaniquement et sur le plan de la flexion.

Les extrémités des câbles du balai étaient soudées pour former deux shunts de courant. Le balai a été adapté à la forme de la

surface de l'anneau de glissement comme dans l'exemple 1.

Le balai à faisceaux multiples a été mis suivant un angle d'environ 450 par rapport à la surface de l'anneau de glissement, en-cuivre d'un diamètre de 356 millimètres. Les résultats des essais de la chute de contact ont été 'consignés dans le tableau ci-après pour une période généralement de deux heures.

TABLEAU 2

Densité de Vitesse de Nombre de Surface de Gaz chargé Chute de courant glissement fibres de l'anneau de de vapeur tension (A/mm 2 m/min balais glissement (mv) 630 800 2.520 Cu. C 2 35 1 250 800 2.520 Cu. Co2 43 1 560 800 2.520 Cu. Co2 60 2 340 3 280 2.520 Cu. Co2 80 Cela montre qu'en simulant une machine tournante travaillant avec des courants importants, et utilisant des balais à faisceaux multiples, on arrive à des pertes par chute de tension très faibles pour des anneaux de glissement en cuivre, à la fois pour des densités de 625 A/mm et une vitesse de 800 m/min et

des densités de 2340 A/mm et des vitesses de 3200 m/min.

Dans tous les cas, la température moyenne de contact

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de l'interface du balai était très en-dessous de 2000C montrant la formation d'un film lubrifiant, continu, et de fibres à bonne conductivité thermique assurant l'évacuation de la chaleur formée. Après chaque essai, on a examiné la surface du balai et dans chaque cas on a constaté une usure réduite au minimum

sans oxydation ni fusion apparentes des fibres.

L'utilisation de fibres en argent ou autre ou encore de surfaces pour l'anneau de glissement, autresque celles mentionnéesci-dessus, donne d'excellents résultats de même que des atmosphères non oxydantes, humidifiées autres que celles

indiquées ci-dessus.

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Claims

R E V E N D I C A T I 0 N S 1j) Machine électrique à courant fort, qui se compose d'un organe fixe et d'un organe mobile et d'au moins un balai collecteur de courant réunissant ces deux organes en étant en contact par frottement avec l'un d'eux, machine caractérisée en ce qu'elle comporte un balai collecteur de courant (13) formé par de multiples fibres métalliques (43), conductrices d'électricité, indépendantes en flexion, et protégeant la surface de contact de frottement, par rapport à l'air, et en ce qu'on fournit à cette surface un gaz non oxydant contenant une certaine quantité de vapeur d'eau pour former un film lubrifiant entre le balai (13) et l'organe de contact (19) par frottement, pour assurer un effet de lubri- fication et réduire au minimum l'usure de cette surface de frottement du balai. ) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge mécanique des fibres du balai dans la zone du contact de frottement est comprise entre 0,45 10 kg/fibre et 0,45 10-2 kg/fibre.

30) Machine selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 et 2, caractérisée en ce que le gaz non oxydant est choisi dans le groupe formé par le gaz carbonique, l'argon,

l'hélium, l'azote et l'hydrogène.

) Machine selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 et 2, caractérisée en ce que le balai est formé de fibres métalliques choisies dans le groupe formé par le cuivre, l'argent, le rhodium, le ruthénium, l'or, le cobalt, l'aluminium, le molybdène et les alliages de ces métaux, avec une épaisseur comprise entre 10î2 mm et 1 mm et une longueur comprise entre

2 mm et 25 mm.

) Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4e caractérisée en ce que la pression partielle de la vapeur d'eau dans le gaz non oxydant est sensiblement supérieure

à 7 10 3 bar.
6 ) Machine selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisée en ce que les fibres du balai sont alimentées en continu vers l'organe de contact pour remplacer

l'usure du balai au point de contact par frottement.

) Machine selon l'une quelconque des revendica-

-tions 1 à 6, caractérisée en ce que le balai du collecteur de

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courant est fixé à l'organe mobile et est en contact par frotte-

ment avec l'organe fixe.

) Machine selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 6, caractérisée en ce que le balai du collecteur de courant est solidaire d'un organe fixe et l'organe mobile est

un rotor, ce rotor étant en contact avec un balai en cuivre.

) Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que la machine est homopolaire et le gaz non oxydant est du gaz carbonique, la pression de vapeur d'eau dans le gaz est comprise entre 6 - 10-3 et 2,4 - 10-2 bar, et la température moyenne du balai au niveau de la surface de contact avec

l'anneau de glissement du rotor est inférieure à 200'C.