FR2460054A1

FR2460054A1 - Balai de passage de courant pour machine electrique a courant fort

Info

Publication number: FR2460054A1
Application number: FR8003210A
Authority: FR
Inventors: Pang-Kai Lee
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: IT8041529A0; GB2052168B; US4267476A; GB2052168A; JPS566391A; IT1154172B; DE3006225A1

Abstract

A.BALAI DE PASSAGE DE COURANT POUR MACHINE ELECTRIQUE A COURANT FORT. B.BALAI DE PASSAGE DE COURANT CARACTERISE PAR UN ENSEMBLE D'ELEMENTS CONDUCTEURS FORMES D'UN NOYAU 22 REVETU D'UNE MATRICE METALLIQUE 24 FORMEE DE CUIVRE, D'ARGENT OU DE NICKEL, DANS LAQUELLE SONT REPARTIES UNIFORMEMENT DES PARTICULES 25 D'UN LUBRIFIANT TEL QUE DU GRAPHITE, DU CARBONE, ETC. C.L'INVENTION S'APPLIQUE A DES MACHINES ELECTRIQUES TRAVAILLANT AVEC DES COURANTS FORTS.

Description

1 2460054

La présente invention concerne un balai de passage

de courant pour machine électrique à courant fort.

Dans de nombreuses machines électriques, il est nécessaire d'établir un chemin conducteur d'électricité entre deux organes qui sont mobiles l'un par rapport à l'autre. A titre d'exemple dans les machines dynamoélectriques, on utilise généralement un balai en un matériau conducteur d'électricité,

qui glisse sur la surface d'un anneau de glissement ou commuta-

teur pour former un chemin de courant entre le rotor et un branchement externe. Une condition essentielle qui se pose à un tel balai est de laisser passer un courant élevé par unité de surface de l'interface entre le balai et la surface qu'il rencontre, avec une très forte résistance à l'usure et à un

faible frottement.

Il est connu d'utiliser des blocs de carbone pleins de graphite ou des blocs carbone-métal comme balais. De tels blocs sont limités à des densités de courant de l'ordre de 16 A/mm2 pour pouvoir fonctionner de façon satisfaisante dans

l'air. Or, de façon caractéristique pour de tels balais, sensi-

blement seulement 1/10 000 de la surface du balai est disponible pour un contact réel pour le transfert du courant. Cela provient de l'irrégularité du balai et de la topographie de la surface de l'anneau de glissement, des films d'oxyde dans la zone de contact et l'accumulation de débris de la surface. Pour améliorer le contact du balai, il faut exercer des charges importantes,

ce qui augmente le frottement du balai et l'usure.

Le brevet U.S. 3.668.451 décrit une solution pour résoudre les problèmes de contact en utilisant des balais à

éléments multiples, sertis, et qui sont en argent ou en cuivre-

argent, déposés par un procédé électrolytique ou sous vide sur des fibres non conductrices en oxyde d'aluminium ou en nitrure de bore. De tels balais revêtus d'un film métallique, mince

assurent une bonne surface de contact et présentent une résis-

tance et une souplesse élevées. De tels balais pourraient s'utiliser pour des densités de courant allant jusqu'à environ A/mm pour des vitesses de glissement continues allant jusqu'à 6000 m/min. Toutefois cette solution pose des problèmes de chaleur et d'usure et il est nécessaire de déposer un film en un matériau lubrifiant tel que du bisulfure de molybdène ou un revêtement en graphite ou en un mélange métal-graphite sur le rotor ou les anneaux de glissement. Il en résulte une

solution complexe ne donnant pas entière satisfaction.

Au cours des quinze dernières années, l'intérêt du développement des machines homopolaires pour la propulsion des navires ou des véhicules ainsi que pour des applications de stockage d'énergie par inertie, s'est développé. En général, il s'agit de machines dans lesquelles le champ magnétique et le courant passant par les conducteurs actifs, conservent le même sens par rapport aux conducteurs, lorsque la machine est

en fonctionnement régulier.

Pour arriver à un rendement élevé et à un encombre-

ment acceptable des machines, il faut que les systèmes collec-

teurs de courant destinés à de telles machines tournantes à

courant fort, travaillent dans des conditions très strictes.

Les niveaux de densité de courant à l'interface de contact du balai peuvent atteindre jusqu'à 780 A/mm pour des vitesses de glissement, continues de l'ordre de 6600 m/min. Des machines à fonctionnement impulsionnel peuvent nécessiter jusqu'à 3900 A/mm pour des vitesses de 23000 m/min, pour des durées de quelques

centièmes de millisecondes.

Le brevet U.S. 3.382.387 décrit des balais à éléments multiples à effet de lubrification automatique; chaque élément se compose d'une gaine de cuivre ou d'argent contenant du graphite en poudre, lubrifiant, conducteur, évitant la soudure. Le graphite forme un film lubrifiant, conducteur, évitant à la fois que la gaine métallique ne soit en contact avec la surface métallique mobile et ainsi un effet d'alliage; cela évite également tout contact électrique direct entre la gaine métallique et la surface métallique, mobile. De tels balais peuvent s'utiliser pour des densités de courant atteignant 780 A/mm pour des vitesses de glissement continues allant jusqu'à 11000 m/min. Toutefois de tels types de balais tendent à être quelque peu rigides et le remplissage de la gaine qui a un diamètre intérieur d'environ 1 mm, avec du graphite, pose des problèmes de fabrication. De même pour des densités de courant dépassant 780 A/mm2 et des vitesses de l'ordre de 17 000 m/min, le métal doit présenter des caractéristiques de

lubrification, de passage de courant électrique et de dissipa-

tion de chaleur que l'on ne rencontre pas dans l'industrie.

Le brevet GB 1.256.757 décrit une solution destinée

3 2460054

à résoudre le problème des collecteurs de courant dans des

machines dynamo-électriques homopolaires en utilisant des sys-

tèmes de collecteur de courant à métaux liquides qui sont

complexes et coûteux; il s'agit de métaux du type sodium-

potassium. Alors que de tels systèmes de collecteur de courant à métaux liquides ne posent pas de problème de lubrification et assurent une conductivité électrique élevée et un contact intime, ils posent par contre de graves problèmes de réalisation de machines, de problèmes de turbulence, de toxicité et de

compatibilité des matériaux.

Pour que des machines tournantes, électriques, de type homopolaire ou autre, à courant fort, soient intéressantes sur le plan économique, il faut créer de nouveaux collecteurs de courant, simples et peu coûteux, et réduisant au minimum les pertes par frottement, les pertes électriques et les pertes mécaniques.

A cet effet, l'invention concerne un balai de pas-

sage de courant pour établir le contact par frottement avec un organe mobile d'une machine électrique à courant fort, balai caractérisé par un ensemble de fibres métalliques chacune revêtue d'un revêtement métallubrifiant, le revêtement métallique étant choisi dans le groupe formé par l'argent, le nickel et le cuivre

et le métal constitue une matrice servant à répartir uniformé-

ment les particules de lubrifiant ayant une dimension moyenne des particules de 0,5 à 75 microns, les fibres métalliques et

le revêtement étant recuits, ce revêtement assurant une lubrifi-

cation avec une usure minimale dans la zone de contact par

frottement du balai.

La présente invention sera décrite de façon plus

détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schéma-

tiquement dans les dessins annexés, dans lesquels:

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

électrique homopolaire, en forme de tambour placée dans une

enceinte. -

- la figure 2 est une coupe d'un balai à fibres plaquées. - la figure 3 est une vue en perspective simplifiée d'un appareil de laboratoire utilisé dans les exemples pour le dép8t électrolytique de revêtement composé, métal-lubrifiant

solide.

4 2460054

- la figure 4 est un schéma d'un appareil d'essai

de balai utilisé dans les divers exemples.

La figure 1 montre une machine tournante 20, dynamo-

électrique, homopolaire, à courant fort, en forme de tambour, placée dans une enceinte. La théorie des machines homopolaires remonte à 1831; à ce moment 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 p8les d'un aimant en fer à cheval, et que l'on pouvait recueillir du courant entre un point placé sur le diamètre

intérieur et un point placé sur le diamètre extérieur du disque.

Une caractéristique d'une machine homopolaire est que l'enroulement d'induit se compose de deux segments dont l'un est fixe et l'autre rotatif. Cette structure limite le nombre

de spires que peut avoir l'induit. C'est pourquoi comme l'enrou-

lement de l'induit ne présente qu'un faible nombre de spires, une machine homopolaire fonctionne de façon caractéristique avec une faible tension et une forte intensité. Depuis 1831, le développement de telles machines a été limité à cause des courants importants qu'il faut transmettre par des contacts de

glissement entre les organes rotatifs et les organes' fixes.

On peut répartir les machines homopolaires en deux groupes, celles comportant un disque et celle_ comportant un tambour. Dans le cas d'une machine à disque, le champ magnétique axial engendré par un solénoïde traversé par un courant continu est coupé par le rotor en forme de disque, qui se déplace dans un plan perpendiculaire au champ magnétique. Lorsque le disque tourne, une tension se développe dans la direction radiale sous

l'effet du champ magnétique. En mettant des balais sur le diamè-

tre extérieur du disque et au centre de celui-ci, on peut recueillir de l'énergie électrique équivalente à l'énergie mécanique d'entrée diminuée des pertes mécaniques et électriques

du système.

Dans le cas de la machine homopolaire à tambour-de

la figure 1, le champ magnétique radial engendré par le solé-

noide à courant continu du stator 11 (champ indiqué par des flèches) est coupé par le rotor 12 en forme de tambour de façon à créer une tension pendant la rotation du tambour. Si l'on place des balais 13 à une extrémité du rotor en forme de tambour, on peut recueillir de l'énergie électrique de ce système par

2460054

l'intermédiaire des conducteurs 14. La machine comporte une embase 15 et une enceinte 16 ainsi qu'un intervalle 17 dans lequel tourne le rotor 120 Le chemin conducteur du rotor se

déplace transversalement par suite des lignes de force magnéti-

ques dans l'intervalle ou entrefer. La machine homopolaire à tambour plein présente

les mêmes limites mécaniques et électriques qu'une machine homo-

polaire à disque plein, c'est-à-dire les vitesses périphériques limites, élevées et la réalisation des balais de contact électriques 13 par glissement. On peut augmenter la tension de fonctionnement de ces machines, dans le cas du disque en divisant les disques en segments et en reliant les segments en série ou encore en branchant plusieurs disques en série. Dans le cas

d'une machine homopolaire à tambour, on peut augmenter la ten-

sion en divisant les tambours en segments et en reliant les segments en série ou encore en branchant plusieurs tambours en série. L'expression "machine homopolaire" englobe ces diverses

formes de réalisation.

La présente invention consiste à faire passer le courant dans des machines dynamomètriques rotatives et consiste à utiliser un balai à éléments multiples formé d'un grand nombre de fibres métalliques qui sont revêtues d'une couche métal-lubrifiant, déposée par une électrolyse combinée. Les balais 13 sont soumis à une charge de façon qu'ils soient en contact électrique avec l'interface 18 du rotor, à la surface de l'anneau de glissement. Les balais sont reliés de façon

mécanique et électrique à un circuit électrique par l'intermé-

diaire des conducteurs 14. Le rotor à tambour 12 de la figure 1, s'il est réalisé en acier, comporte une couche 19, en aluminium cuivre ou tout autre matériau très conducteur d'électricité;

cette couche 19 est prévue sur la surface extérieure du tambour.

Un gaz de refroidissement traverse en continu la machine en y

entrant par les entrées 20 pour en sortir par les sorties 21.

Le balai est de préférence formé par un grand nombre d'éléments en général de 5 à 100.000. Bien que la figure ne montre que des balais distincts 13, ceux-ci peuvent avoir une forme circulaire entourant la périphérie du rotor et être composés de centaines ou de milliers d'éléments. Les fibres des

balais peuvent être réunies lâchement ou être comprimées forte-

ment pour constituer une sorte de paquet, subdivisé de fibres plaquées distinctes. De façon avantageuse, on réalise les fibres en des métaux tels que de l'argent, du rhodium, de l'or, du cobalt, de l'aluminium, du molybdène, du cuivre et des alliages de ces métaux et notamment le cuivre. Les fibres lorsqu'elles ont une section circulaire ont une épaisseur ou un diamètre de l'ordre de 10 à 1000 microns. Les fibres du balai sont coupées à une longueur libre c'est-à-dire une longueur qui dépasse du

support qui est de préférence de 2 à 25 mm.

Des fibres d'un diamètre inférieur à 10 microns

1îc donnent un balai trop fragile lorsqu'il est revêtu d'un lubri-

fiant solide, à cause de l'inclusion de particules relativement grandes, si bien qu'il faut réduire très fortement la longueur des fibres ou la charge, ce qui se traduit par un faible contact entre le balai et l'anneau de glissement. Des fibres dont le diamètre dépasse 1000 microns donnent un balai rigide entraînant un trop fort contact métal-métal et nécessite une plus forte charge pour un bon contact balai-anneau de glissement. L'anneau de glissement peut être réalisé en des matériaux analogues à ceux des balais et de préférence du cuivre, des alliages de

cuivre ou du cuivre plaqué avec de l'argent.

La subdivision du balai en de nombreux éléments métalliques permet une dispersion correspondante de la force

mécanique sur l'interface de glissement. On choisit de préfé-

rence des mouvements indépendants pour assurer une répartition égale de la charge et permettre de suivre les irrégularités de la surface de l'anneau de glissement. On peut alors considérer chaque élément comme un contact distinct se faisant avec une force considérablement réduite. Cette caractéristique combinée au rev8tement métal-lubrifiant déposé par une électrolyse combinée, offre un passage de courant particulièrement élevé par les contacts multiples en évitant principalement une usure excessive ou un soudage local. L'élément le plus important est d'un choix adéquat du lubrifiant du revêtement permettant au balai obtenu de travailler de façon appropriée dans diverses ambiances par exemple une atmosphère sèche, humide, chargée de

vapeur d'hydrocarbure ou sous vide.

Un revêtement composé, formé d'un métal et d'un

lubrifiant solides sur les fibres du balai s'obtient en utili-

sant les techniques de dépot électrolytique,combinées. Les revêtements combinés, obtenus par électrolyse se composent d'un métal et d'un métal ou d'un non métal sous forme de particules dispersées, déposées en même temps. Cela s'obtient en mettant

en suspension les particules du matériau choisi dans un électro-

lyte de plaquage, habituel, Les particules solides sont main-

tenues en suspension pendant la période de revêtement, en

procédant à une agitation mécanique.

Le procédé utilisé pour faire le dépôt simultané

de petites particules insolubles avec le métal consiste à main-

tenir les particules en suspension dans l'électrolyte tout en

déposant le métal dans des conditions optimales. Cet emprison-

nement des particules solides dans le film métallique qui se développe est lié à des effets d'électrophorèse ainsi qu'à l'adsorption des charges électriques ou des ions à la surface des particules. Ainsi, les inclusions à base de particules

contenues dans le revêtement composé dépendent du degré d'agita-

tion et de la densité de courant utilisés pour réaliser le

revêtement composé ainsi qu'à l'acidité (pH) du milieu de revê-

tement. L'addition de certains ions métalliques lourds, mono-

valents (Tl +, Rb ou Cs +) d'amines aliphatiques (polyamines et polyimines) et d'autres composés tensio-actifs dans l'électrolyte peut modifier la charge électrique à la surface des particules et favoriser le dép8t simultané pour le développer et le rendre uniforme. D'autres paramètres agissant sur le dép8t simultané sont la température, la composition de l'électrolyte et la dimension ainsi que la concentration des particules non solubles dans l'électrolyte. Ce type de dép8t électrolytique simultané est bien connu. L'utilisation d'amines aliphatiques dans des bains de revêtement de sulfate de cuivre, acides pour effectuer

un dépôt simultané, est décrite dans le brevet U.S 3.666.636.

Selon l'invention, l'ensemble des diverses fibres métalliques, utilisées, qui constituent les balais, sont plaquées d'un revêtement métallubrifiant par un dépôt électrolytique simultané. Le métal est choisi dans le groupe formé par l'argent, le nickel, le cuivre et les mélanges de ces métaux, avec de préférence l'argent. Le métal représente entre 80 et 98 % en X volume du revêtement et de préférence 85 à 95 % du volume. Le lubrifiant est constitué par des particules distinctes, finement

divisées; ce lubrifiant est choisi dans le groupe des lubri-

fiants formé par le graphite, MoS20 MoSe2, WS2' WSe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2, BN et les mélanges de ces composés. Le

8 2460054

lubrifiant présente une dimension moyenne des particules com-

prise entre 0,5 micron et 75 microns et de préférence entre 1,5 micron et 20 microns et le lubrifiant représente entre 2 et

% en volume du revêtement.

Pour des pourcentages volumétriques inférieurs à 2 % de particules de lubrifiant, on a une faible résistance à l'abrasion pour les balais et une forte chaleur engendrée par le contact entre l'anneau de glissement et le balai. Pour un

pourcentage volumétrique dépassant 20 % de particules de lubri-

fiant, ona une diminution de la conductivité électrique, ce

qui entraîne une chute de tension plus élevée. Pour des parti-

cules de lubrifiant d'un diamètre inférieur à 0,5 micron, on

rencontre des problèmes d'agglomération pendant le dép8t élec-

trolytique simultané. En utilisant des particules de lubrifiant dont les dimensions dépassent 75 microns, on obtient une surface de revêtement, rugueuse, dont les particules ne sont pas liées de façon adéquate aux composants métalliques et qui peuvent facilement cisailler les éléments au cours du contact entre le

balai et l'anneau de glissement, en laissant des cavités pro-

fondes dans le revêtement.

Le revêtement lui-même a une épaisseur comprise entre 5 microns et 1000 microns et se compose d'une masse à

surface poreuse, rugueuse. La figure 2 montre une coupe trans-

versale du câble ou conducteur ainsi revêtu. La fibre ou élément de balai 22 par exemple formé par du fil ou du câble de cuivre est entouré d'un revêtement 23 qui se compose d'un dép8t d'une matrice métallique 23 par exemple en cuivre ou en argent, enserrant et comportant des particules de lubrifiant 25 par exemple MoS2, et les maintenant solidement en place. Le métal constitue une phase continue, tout en contenant des particules de lubrifiant qui sont réparties régulièrement dans toute la matrice métallique. Ce revêtement présente une conductivité thermique et électrique remarquable et le contact du métal avec l'anneau de glissement, présente d'excellentes caractéristiques

de lubrification au niveau de la surface de l'anneau de glisse-

ment. Des revêtements d'une épaisseur inférieure à 5 microns ont tendance à présenter une concentration insuffisante de lubrifiant, qui n'est pas complètement noyée dans le composant métallique. Des revêtements supérieurs à 1000 microns tendent à agglomérer les éléments des balais et donner une sorte de

balai unique, et non un balai à plusieurs éléments.

En outre, le film définitif d'argent,(non représenté à la figure 2) peut être appliqué comme revêtement à la surface des éléments revêtus, si l'on utilise du cuivre comme métal de revêtement pour éviter l'oxydation du cuivre. Le câble ainsi revêtu est recuit à une température efficace généralement comprise entre 400 et 6000C pendant 1 à 4 heures, généralement dans une veine de gaz d'hydrogène H2 ou d'azote N2 comme cela

est bien connu, puis il est refroidi lentement jusqu'à 250C.

Ce recuit.est utilisé pour éviter que le revêtement ne devienne cassant et pour améliorer l'adhésion du revêtement sur le câble

et améliorer la liaison du lubrifiant à la matrice métallique.

Les fibres sont alors coupées à la longueur adéquate et sont

fixées à un support.

Bien que l'invention soit décrite ci-dessus dans son application à des machines électriques homopolaires, il est clair qu'elle peut également s'utiliser avantageusement sur tout type de machine électrique linéaire ou tournante ou tout dispositif tel que des moteurs ou des générateurs de dimensions importantes, dans lesquels il faut établir un chemin conducteur d'électricité entre deux organes, avec au moins un organe qui se déplace par rapport à l'autre. Le balai peut se fixer soit à l'organe mobile, soit à l'organe fixe. L'invention sera explicitée ci-après à l'aide de divers exemples

EXEMPLE 1:

On a réalisé un balai à un seul faisceau avec des éléments de cuivre sur lesquels on a déposé simultanément par électrolyse le mélange argent-MoS2. L'appareil de laboratoire

utilisé est représenté schématiquement à la figure 3. L'électro-

lyseur était composé d'un récipient en verre, de deux plaques

planes 30 formant des anodes en argent suspendues dans le réci-

pient ainsi qu'une cathode 31 constituée par un enroulement d'un câble de cuivre, et suspendue entre les anodes. Le support 31 de la cathode était un châssis de verre, creux avec une poignée en verre, l'ensemble étant formé à partir d'une tige de verre réfractaire de type pyrex. Les câbles de cuivre 32 à revêtir par voie électrolytique étaient fixés sur le châssis de verre de façon à ne pas bloquer leurssurfaces l'une par rapport a l'autre pendant le revêtement. Les électrodes étaient reliées à une source d'alimentation électrique continue. Le mélange de l'électrolyte était assuré par une pompe de mise en circulation 33, externe. Une hélice 34 interne, en matière synthétiques était prévue au fond de l'électrolyseur pour servir pour des densités de courant dépassant 1 A/dm. Selon la figure 3, les supports d'anode portent la référence 35, le tube de verre la

référence 36 et le tube en caoutchouc la référence 37.

A grande vitesse, par exemple pour une vitesse de rotation de 1800 t/min, on a utilisé un mélangeur variable pour assurer un mélange préalable de l'électrolyte avec la poudre de lubrifiant solide. Un dispositif de projection d'éthanol

était utilisé le cas échéant à la partie supérieure de l'électro-

lyte mélangé, pour enlever la mousse formée pendant le mélange.

Avant d'effectuer le revêtement, on a dégraissé la cathode formée par du fil de cuivre en utilisant de l'acétone, puis on a rincé avec de l'eau et on a attaqué chimiquement avec une solution d'acide sulfurique, chaude, (6N) pour enlever les oxydes formés à la surface. Avant le dép8t simultané, la densité

de courant était de 0,08 A/dm2 pour un électrolyte d'argent.

La période de revêtement était de 20 heures. Le fil ou câble de

cuivre avait un diamètre de 100 microns.

La solution d'électrolyte d'argent 38 avait la composition suivante: 40 g/l(d'électrolyte) de AgCl fraichement précipité; 200 g/l de K4Fe(CN);, 3H20; 30 g/l de K2C03; 1,5 g/l de KCN, de façon à avoir une solution de revêtement électrolytique d'argent. Pour cela, on a ajouté 0,2 g/l de T12S04 pour favoriser le dépôt simultané uniforme. Enfin, on a prévu 50 g/l de MoS2 de qualité technique, ayant une dimension moyenne de particules d'environ 4 microns que l'on a ajouté à

la solution de revêtement électrolytique.

Après avoir réalisé un dépôt électrolytique simul-

tané pendant 20 heures, on a enlevé la cathode du bain de revêtement argent-MoS2 et le câble de cuivre 32 enroulé sur le châssis d'air 31. Le câble ou fil de cuivre, qui comportait un revêtement de 50 microns a été recuit dans une atmosphère d'hydrogène à 500'C pendant environ 1 heure, puis on a découpé ce câble en 150 segments, d'une longueur adéquate d'environ mm de long. Quatre cyclesde dépôt ont ainsi donné 600 segments de fibre revêtus de Ag-MoS2 que l'on a monté dans un élément en cuivre formant tube d'un diamètre intérieur de 9 mm. Le tube de cuivre a été écrasé fortement pour fixer et maintenir les il éléments de fibres de revêtement de cuivre en place et former

un balai à 600 éléments.

Le revêtement de chaque élément représentait entre et 65 % en poids de l'ensemble de l'élément muni de son revêtement. Le composant MoS représentait environ 15 % en volume du revêtement argent-MoS2. Les sections des éléments de câble revêtus de cuivre ont été observées sous un microscope d'une puissance de 50. La section ressemblait à celle de la figure 2 des dessins, avec une matrice d'argent, continue, entourant des particules de lubrifiant, de forme irrégulière, uniformément réparties. L'extrémité de chaque élément présentait

un noyau de cuivre, cisaillé, entouré par un revêtement lubri-

fiant conducteur.

On a fait des essais sur le balai dans un système à collecteur de courant, simplement soumis à une force de gravité, comme dans le système de la figure 4. On a mis le système dans une chambre scellée pour permettre de régler

l'atmosphère formée d'un flux continu de gaz carbonique C02, sec.

On a fait dépasser l'extrémité du balai d'environ 24 mm par

rapport au support. -

Selon la figure 4, un càble de fil de cuivre 40 a été fixé au balai et a été relié à un support 41 lui-même fixé a un bras de support 42. L'extrémité 43 du balai étalé était en saillie par rapport à l'extrémité avant du support. Une vis de réglage 47 a été verrouillée sur la brosse, pour faire l'essai tout en permettant le renouvellement du balai en faisant avancer le câble 40 utilisé comme shunt de courant. Le shunt a été mis en place pour réduire au minimum son influence sur la force de contact du balai, mesurée après avoir réalisé les branchements électriques. La chambre fermée de façon étanche

n'est pas représentée aux figures.

Le balai 43 a été mis en place suivant un angle

d'environ 450 par rapport à la surface 45 de l'anneau de glisse-

ment d'un diamètre de 82,6 mm. L'anneau de glissement utilisé était en argent. L'anneau de glissement présentait une vitesse superficielle de 1000 m/min. La pression de contact du balai sur l'anneau de glissement correspondait à une dissipation supplémentaire de puissance d'environ 5 watts du moteur entraînant l'anneau de glissement en cours d'essai, par suite de la pression exercée sur le balai. Le balai était positif par rapport l'anneau

12 2460054

de glissement. Les densités de courant ont été calculées par rapport à la surface de la section totale de chaque fibre. Les résultats sont consignés dans le tableau 1 ci-après, chaque résultat correspondant à une période de fonctionnement de 6 heures.

TABLEAU 1

Densité Vitesse de MoS dans Epaisseur MoS Perte de glissement lé du (micBons) totale de courant (m/min) revêtement revêtement puissance (A/mm2) (%. Vol) (microns) (watts/A)

312 1000 15 50 4 0,18

443 1000 15 50 4 0,22

On constate ainsi en partant d'une machine tournante silumant une machine tournante à forte intensité, des pertes de puissance, totales très faibles(pertes mécaniques et pertes électriques). L'anneau de glissement revêtu d'argent a été examiné après une utilisation de 6 heures;on n'a pratiquement

constaté aucune usure.

EXEMPLE 2:

Dans cet exemple, on a essayé un balai de cuivre formé de 132 éléments. Chaque élément de cuivre présentait un diamètre de 100 microns. Le dispositif d'électrolyse est le même que celui de l'exemple 1 sauf que l'on a utilisé des anodes formées par des plaques de cuivre avec une densité de courant de 2,3 A/dm2 ainsi qu'une hélice interne. Le câble a été traité avant d'effectuer le revêtement décrit à l'exemple 1. On a utilisé une solution d'électrolyte de cuivre formée de 200 g/l (électrolyte) de CuSO4, 5H20 et 50 g/l de H2S04. A cela on a ajouté 0,2 g/l de T12S04. Enfin, on a ajouté 15 g/l de graphite naturel avec une dimension moyenne de particules d'environ

2 microns; cette addition a été faite à la solution de revête-

ment électrolytique.

Après une durée de dépôt électrolytique simultané d'une heure, on a enlevé la cathode du bain de revêtement électrolytique cuivre-graphite et on l'aplacé dans un bain de revêtement d'argent ne contenant aucun lubrifiant, de façon à déposer un revêtement d'un film mince, final d'argent sur le

revêtement cuivre-graphite, pour éviter l'oxydation du cuivre.

On a enlevé cette électrode du bain et on a déroulé le fil de

cuivre du châssis en verre. Le fil de cuivre muni d'un revête-

ment de 50 microns a été recuit à 5000C dans une atmosphère d'hydrogène pendant environ 1 heure, puis on a découpé ce fil

en 132 segments ayant chacun une longueur de 25 mm.

Les segments de fibre de revêtement Cu-graphite ont été mis sur un support en forme de tube de cuivre d'un diamètre intérieur de 3 mm. L'extrémité du tube de cuivre a alors été écrasée fortement pour retenir les éléments de fibre

en cuivre, et former un balai à 132 éléments.

Le revêtement de chaque élément représentait entre 58 et 60 % en poids du fil revêtu. Le graphite représentait 6,3 % en volume du revêtement de cuivre-graphite. La section du fil de cuivre revêtu était analogue à celle de l'exemple 1. On a essayé le balai dans un système de collecteur de courant analogue à celui de l'exemple 1, sauf que la vitesse de l'anneau de glissement était de 1100 m/min dans une atmosphère d'argon, humide, (point de rosée égal 00C). Le balai était de polarité

positive par rapport à l'anneau de glissement revêtu d'argent.

On a calculé les densités de courant par rapport à la surface

totale de la section de chaque fibre. On a maintenu une pres-

sion de charge de balai de 22 g. Les résultats sont consignés

dans le tableau 2, chaque fois pour une période de fonctionne-

ment de six heures. (Tableau 2 qui sera joint en fin de des-

cription). La perte totale de puissance pour une densité de courant d'environ 1250 A/mm2 était seulement de 0,09 watt/A, ce qui montre que même pour des densités élevées de courant, il y a une très faible perte totale de puissance (perte mécanique

plus perte électrique) et une excellente lubrification.

En utilisant du graphite colloïdal comme moyen de remplacement du graphite naturel d'une granulométrie de 2 microns, on a obtenu un revêtement contenant moins de 0,5 % en volume de

graphite. Ce revêtement n'a pas assuré une lubrification adéquate.

L'utilisation d'argent ou de toute fibre du type mentionné ci-dessus ou encore l'utilisation d'autres lubrifiants

tels que WS2, WSe2 etc a donné des résultats excellents, simi-

laires. tu) o

TABLEAU 2

Densité de courant (A/mm2) Vitesse de glissement (m/min) Graphite dans le revêtement (% volt) 6,7 6,7 Epaisseur du revêtement (microns) Graphite (microns) Perte totale de puissance (watts/A) 0,09 0,09 w n1 w o n1 n F-J o u0 (mv) 36,0 46,5 p ro os o On kl

2460054

Claims

REVENDICATIONS ) Balai de passage de courant pour effectuer un contact par frottement avec un organe mobile d'une machine électrique fonctionnant avec des courants forts, balai caracté- risé en ce qu'il se compose d'un ensemble de fibres métalliques chacune revêtue d'un revêtement métal-lubrifiant, le métal de revêtement étant choisi dans le groupe formé par l'argent, le nickel et le cuivre, le métal formant une matrice contenant des particules de lubrifiant réparties uniformément et ayant une dimension moyenne des particules comprise entre 0,5 et microns, les fibres métalliques et le revêtement étant recuits et ce revêtement assurant un effet lubrifiant pour réduire au minimum l'usure dans la zone de contact de frotte- ment du balai.

2 ) Balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres du balai métallique sont en cuivre, en argent, en rhodium, en or, en cobalt, en aluminium ou en molybdène avec un diamètre compris entre 0,01 et 1 mm et une longueur comprise entre 2 et 25 mm,
30) Balai selon l'une quelconque des revendications

1 et 2, caractérisé en ce que les particules de lubrifiant

représentent entre 2 et 20 % en volume du revêtement métal-

lubrifiant.

) Balai selon l'une quelconque des revendications

1 à 3, caractérisé en ce que les particules de lubrifiant sont choisies dans le groupe formé par MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2 et BN et le balai est muni d'un film formé

par un revêtement d'argent.

) Balai selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement est comprise, entre 5 et 1000 microns et le revêtement est recuit sur la fibre du balai métallique à une température comprise

entre 400 et 6000C.

) Balai selon l'une quelconque des revendications

1 à 5, caractérisé en ce que les fibres sont pressées fortement l'une contre l'autre pour former un balai réuni fortement et subdivisé. ) Procédé de fabrication d'un balai de passage de courant avec contact, procédé caractérisé en ce qu'on applique un revêtement sur un ensemble de fibres métalliques par un dép8t

16 2460054

simultané électrolytique d'un mélange métal-lubrifiant, on choisit le métal de revêtement dans le groupe formé par l'argent, le nickel, le cuivre et des mélanges de ces métaux et on réalise une matrice d'une épaisseur comprise entre 0,5 micron et 75 microns, on recuit les fibres métalliques de revêtement, on coupe les fibres métalliques à une longueur adéquate et on fixe une extrémité des diverses fibres métalliques ainsi coupées

dans un support adéquat.

) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres métalliques ont un diamètre compris entre 0,01 et 1 mm, les particules delubrifiant représentent entre 2 et 20 % en volume du revêtement, et les fibres sont coupées pour avoir une longueur libre comprise entre 2 et 25 mm, les fibres de revêtement étant recuites à une température comprise

entre 400 et 600'C et sont munies d'un revêtement final d'argent.