FR2599904A1 - Collecteur pour machine electrique tournante et procede de fabrication de ce collecteur - Google Patents

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN COLLECTEUR POUR MACHINE A COURANT CONTINU. LE COLLECTEUR COMPREND UN SUPPORT EN CERAMIQUE ET DES LAMES METALLIQUES ET EST CARACTERISE EN CE QUE LE SUPPORT 1 A UNE SURFACE LATERALE EXTERIEURE 4 CONIQUE ET QUE LES SURFACES DE FIXATION DES LAMES 5 SONT DISPOSEES SUIVANT UNE DEUXIEME SURFACE CONIQUE. L'INVENTION S'APPLIQUE AUX MACHINES DEVANT FONCTIONNER A DES TEMPERATURES ELEVEES.

Description

Collecteur pour machine électrique tournante et procédé de fabrication de ce collecteur.

La présente invention concerne un collecteur pour machine électrique tournante et un procédé de fabrication de ce collecteur.

Ce collecteur est d'un type comportant - un support en céramique présentant une surface latérale extérieure de révolution autour d'un axe - et des lames métalliques disposées parallèlement audit axe, à côté l'une de l'autre, autour de la surface latérale extérieure du support, de manière que deux lames juxtaposées quelconques soient séparées par un espace, chaque lame étant fixée au support par une couche'd'un eutectique du métal des lames et d'un oxyde de ce métal, cette couche reliant une surface de fixation de la lame à la surface latérale extérieure du support.

Un collecteur de ce type est décrit dans le document de brevet
EP-A-O 127 801. La réalisation de collecteurs telle que décrite dans ce document présente des inconvénients.

En effet les difficultés surviennent quand il faut maintenir dans un four à 10750C un positionnement correct entre les lames de métal et un serrage approprié sur le cylindre en céramique.

Les dilatations inégales des différents composants, et des outillages, amènent des défauts d'adhérence qui se traduisent finalement par des déformations, et à la limite des décollements, en fonctionnement.

La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients.

Elle a pour objet un collecteur pour machine électrique tournante, du type mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que - la surface latérale extérieure du support est une première surface conique - et les surfaces de fixation des lames métalliques sont disposées suivant une deuxième surface conique de révolution autour dudit axe et sensiblement parallèle à la première surface conique.

Dans un mode de réalisation du collecteur selon l'invention, les lames métalliques sont en cuivre, ladite couche étant un eutectique cuivre-oxyde de cuivre.

Dans un autre mode de réalisation du collecteur selon l'invention, l'espace entre lames comporte une portion élargie du côté du support, cette portion élargie ayant une dimension radiale faible par rapport à celle des lames métalliques.

Le procédé de réalisation d'un collecteur pour machine électrique tournante est d'un type comportant - un assemblage d'une pièce métallique et d'un support en céramique muni d'une surface latérale extérieure de révolution autour d'un axe, cet assemblage consistant à mettre en contact une partie de la surface de la pièce avec ladite surface latérale extérieure de façon que la pièce soit serrée contre le support, - un chauffage de l'ensemble formé par le support et la pièce assemblés, à une température suffisante pour qu'il se forme, au moins sur ladite partie de la surface de la pièce en contact avec le support, une couche d'un eutectique du métal de la pièce et d'un oxyde de ce métal, - un refroidissement de l'ensemble à la température ambiante - et un usinage final de la pièce refroidie, de façon à obtenir des lames métalliques disposées autour de ladite surface latérale extérieure parallèlement audit axe, séparées l'une de l'autre par un espace radial et reliées au support par ladite couche refroidie.

Un procédé de ce type est décrit dans le document précité. Dans ce procédé, la surface latérale extérieure du support en céramique est cylindrique de révolution autour de l'axe et la pièce métallique est formée d'une plaque de cuivre dans laquelle ont été fraisées des rainures parallèles. L'assemblage de la pièce métallique et du support consiste à enrouler autour du support la plaque de cuivre dont les rainures sont tournées vers l'intérieur, de manière que la plaque enroulée constitue un corps cylindrique, le serrage de la pièce contre le support étant réalisé au moyen d'un enroulement de fil de molybdène tendu autour de ce corps cylindrique. Après passage au four et refroidissement de l'ensem- ble,. la pièce métallique est usinée sur un tour jusqu'à apparition des rainures.

Le procédé décrit dans le document cité présente des inconvénients. En effet il est difficile de maintenir dans le four au cours du chauffage une disposition correcte et un serrage approprié de la plaque sur la surface cylindrique du support en céramique. Pendant le chauffage, les dilations inégales de la céramique et de la pièce métallique amènent des jeux ou des contraintes qui rendent ce procédé difficilement applicable. On observe en général sur les collecteurs ainsi réalisés des déeollements ou des déformations des lames. D'autre part, les outillages qui peuvent tenir à haute température et assurer à la fois une pression correcte etun intervalle rigoureux entre les lames sont chers et d'efficacité a-léatoire dans le temps.

La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients.

Elle a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un collecteur, du type mentionné ci-dessus., caractérisé en ce que ledit assemblage comporte, - une disposition du support de façon que l'axe de sa surface latérale extérieure soit vertical, cette surface latérale étant conique suivant un premier cône dont le sommet est sur ledit axe, au dessus du support - et une pose de ladite pièce sur le support ainsi disposé, cette pièce étant un manchon dont la surface latérale intérieure est conique suivant un deuxième cône de révolution, les angles au sommet des premier et deuxième cônes étant égaux entre eux, la pièce étant posée sur le support de façon que le premier cône et le deuxième cône soient coaxiaux et que la surface latérale intérieure du manchon repose sur la surface latérale extérieure du support, le serrage de la pièce contre le support étant provoqué par le poids du manchon, celui-ci se déplaçant par gravité au cours du chauffage vers le bas par rapport au support, le refroidissement entrainant une compression de ladite couche.

Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'usinage final comporte la formation dans le manchon de sillons longitudinaux constituant lesdits espaces entre lames.

Selon un autrè mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il comporte en outre, avant ledit assemblage, un usinage préalable du manchon pour former des lames métalliques longitudinales dans une partie médiane de la longueur axiale du manchon, ces lames étant maintenues en place dans le manchon par les deux parties extrêmes non usinées du manchon, et que ledit usinage final comporte la suppression desdites parties extrêmes du manchon.

Dans ce cas, ledit assemblage peut comporter en outre la pose d'un fourreau métallique coaxial autour de ladite partie médiane du manchon et l'usinage final comporte ltélimination de ce fourreau.

Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il comporte en outre, avant ledit assemblage, une oxydation de la surface latérale intérieure du manchon.

Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 montre, en coupe par un plan axial, un assemblage de deux pièces, utilisé dans un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
- la figure 2 représente partiellement, une vue suivant la flèche Il, d'un collecteur fabriqué selon le procédé illustré par la figure 1,
- la figure 3 représente partiellement un assemblage de deux pièces, utilisé dans un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
- la figure 4 montre une coupe axiale de l'assemblage représenté sur la figure 3,
- la figure 5 montre, en coupe par un plan axial, un assemblage de deux pièces, utilisé dans un troisième mode de mise en oeuvre du procedé selon l'invention,
- et la figure 6 est une vue en coupe transversale montrant l'usinage final du collecteur, réalisé selon le procédé illustré par la figure 5.

Sur la figure 1, est représenté un support en céramique 1, qui peut être constitué par de l'alumine. Ce support, de forme sensiblement tubulaire, présente une surface latérale intérieure 2 cylindrique de révolution autour d'un axe vertical 3 et une surface latérale extérieure 4 conique de révolution autour de l'axe 3. La surface 4 est disposée suivant un cône dont les génératrices sont inclinées d'un angle A par rapport à l'axe 3. Dans la position représentée sur la figure 1, l'axe 3 est vertical et le sommet du cône est au dessus du support.

Sur la surface 4 du support 1, est posée une pièce métallique 5 par exemple en cuivre. La pièce 5 a sensiblement la forme d'un manchon présentant une surface latérale extérieure 6 cylindrique de révolution autour de l'axe 3 et munie d'une couronne inférieure 7 de plus grand diamètre.

La surface latérale intérieure de la pièce 5 est usinée suivant un cône de révolution autour de l'axe 3. L'angle formé par les génératrices de ce cône avec l'axe 3 est égal à A et le sommet de ce cône est confondu avec celui sur lequel est disposée la surface 4 du support 1, les deux cônes étant co-axiaux.

Toute la surface latérale interne de la pièce 5 repose sur la surface 14 de la pièce 1.

L'ensemble formé par la pièce 5 reposant sur le support 1 est disposé verticalement, dans la position représentée sur la figure 1, dans un four sous atmosphère neutre contenant 0,05 à 0,5 % d'oxygène. On élève progressivement la température du four. L'atmosphère légèrement oxydante du four provoque, au cours de cette élévation de température, la formation d'une couche d'oxyde de cuivre sur la surface de la pièce 5 la légère pression exercée sur le support par cette pièce, à cause de son poids, nVest pas suffisante pour empêcher l'atmosphère oxydante du four de pénètrer dans l'espace compris ente la pièce et le support. Par suite de la différence de dilation entre le cuivre et la céramique, la pièce 5 se déplace par gravité progressivement vers le bas par rapport au support au cours de chauffage.Lorsque la température atteint 10650 C, la couche d'oxyde de cuivre comprise entre la pièce et le suppport se transforme en une pellicule liquide formée d'un eutectique cuivre-oxyde de cuivre, cette pellicule étant très adhérente sur la ceramique. La température du four est élevée jusqu'à une température de tordre de 10750 C en ayant soin de ne pas dépasser la température de fusion du cuivre qui est de 10830 C.

Puis la température du four est abaissée de façon à solidifier la couche eutectique. Le refroidissement provoque un serrage de la pièce 5 sur le support 1. Ce serrage entraine une compression de la couche eutectique, ce qui assure une bonne fixation de la pièce 5 sur le support, en évitant tout décollage ou déformation ultérieures de la pièce. Par suite de la plasticité du cuivre à chaud, les contraintes de serrage à froid ne présentent pas de valeurs excessives.

La valeur de l'angle A définissant la pente des surfaces coniques de la pièce et du support n'est pas critique : cet angle peut être choisi par exemple de manière que tg A soit compris entre 10 et 50. Avec
20 et 50 tgA = 30, le déplacement vers le bas de la pièce en cuivre pendant l'échauffement de l'ensemble est de 8 à 10mm pour un diamètre intérieur moyen de la pièce d'environ 60mm.

Dans une variante du procédé décrit ci-dessus, on fait subir à la pièce métallique 5 une oxydation préalable au moins sur sa surface intérieure, avant l'assemblage de cette pièce et du support 1 suivant la disposition montrée sur la figure 1. Cette oxydation préalable peut s'effectuer par exemple par immersion dans un bain liquide oxydant ou par chauffage dans un four sous atmosphère oxydante. Dans ce cas, la couche d'oxyde nécessaire à la formation de l'eutectique existe avant l'assemblage, et le chauffage de ensemble pièce-support pour former l'eutectique peut s'effectuer dans un four sous atmosphère neutre, non oxydante.

Après refroidissement de l'ensemble, on creuse dans la pièce métallique des sillons longitudinaux 8, 9 , 10 (voir figure 2) de façon à former des lames métalliques 11, 12 séparées les unes des autres par des espaces radiaux. Cette opération peut être effectuée par fraisage, par usinage au moyen dune scie à fil ou par électro-érosion à fil, par exemple. Bien entendu, après la séparation des lames, le collecteur est ensuite usiné suivant les méthodes habituelles, pour porter par exemple le diamètre extérieur des lames à sa cote définitive.

En utilisant le procédé décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2, l'usinage entraînant la séparation des lames peut présenter certaines difficultés, notamment lorsque la pièce métallique est en cuivre et le support en alumine. En effet, pour que les lames usinées soient parfaitement séparées les unes des autres, il est nécessaire, si on opère par fraisage, ce qui est le plus économique, de réaliser d'abord des sillons dans la pièce en cuivre, le fond de ces sillons étant situé très près de l'alumine du support (environ un ou deux dixièmes de millimètres), avec une fraise dont la denture est adaptée au travaIl du cuivre, et de terminer l'usinage avec une fraise diamantée de façon à araser l'alumine, voire entailler de très légers sillons dans celle-ci.

Il faut donc utiliser deux fraises différentes, car si on utilisait une seule fraise pour l'usinage complet, la fraise adaptée au cuivre serait émoussée par l'alumine et la fraise diamantée serait encrassée par le cuivre.

Les figures 3 et 4, illustrent un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui permet d'éviter ces difficultés. Sur ces figures, les éléments identiques à ceux montrés sur les figures 1 et 2 sont représentés par les mêmes références.

Ce mode de mise en oeuvre utilise un support en céramique 1 identique à celui de la figure 1 et un manchon métallique 13 disposé coaxialement autour du support 1 suivant un axe vertical 114. Le manchon 13 comporte le long de l'axe 14 une partie médiane 15 et deux parties extrêmes 20 et 21. La partie médiane 15 a subi un usinage préalable pour former par fraisage des lames longitudinales 16, 17, 18, 19 séparées radialement l'une de l'autre, et maintenues à leurs extrémités par les deux parties extrêmes 20 et 21 non usinées du manchon 13.

La figure 3 est une vue de dessus de l'ensemble 1-13 suivant l'axe 114 qui est debout par rapport au plan de cette figure. Sur la figure 14, la partie située à gauche de l'axe 14 est une demi-coupe axiale à travers un espace radial 22 entre deux lames, obtenu par fraisage, tandis que la partie située à droite de l'axe 14 est une demi-coupe axiale à travers la lame 16.

Comme la pièce 5 illustrée par la figure 1, le manchon 13 comporte, mais uniquement dans sa partie médiane 15, une surface latérale intérieure conique, qui repose sur la surface latérale extérieure conique du support 1. Les surfaces latérales intérieures 24 et 25 des deux parties extrêmes 20 et 21 du manchon 13, cylindriques autour de l'axe 114, ne touchent pas le support 1.

L'ensemble 1-13 est placé à l'intérieur d'un four, dans la position indiquée sur la figure 4, après avoir disposé un socle 23 sous le support 1, la base du socle reposant sur le fond du four. Ce four est rempli d'une atmosphère neutre contenant une faible proportion d'oxygène, et sa température est élevée progressivement jusqu'à 10750 C comme dans le cas précédent. Au cours du chauffage, le manchon 13 se déplace vers le bas. Bien entendu les surfaces 24 et 25 ont un diamètre suffisamment grand pour éviter qu'elles ne touchent le support 1 au cours de ce déplacement. De même, le socle 23 est suffisamment haut pour éviter que le manchon 13 ne touche le fond du four au cours du déplacement.

Le refroidissement du four provoque, comme dans le cas précédent, une fixation très solide du manchon sur le support, par formation d'une couche eutectique entre les surfaces coniques du manchon et du support.

Après refroidissement, on supprime par usinage les parties extrêmes 20 et'21 du manchon de façon à séparer les lames l'une de l'autre.

Dans une variante de ce procédé, il est possible de placer autour de la partie médiane du manchon, avant le chauffage, un fourreau métallique coaxial 26 ajusté sans serrage. Ce fourreau, représenté en traits interrompus sur la figure 14, peut aider au maintien en place des lames pendant l'étape de chauffage. Il est bien entendu éliminé après refroidissment de l'ensemble au cours de l'étape d'usinage final.

Les figures 5 et 6 illustrent un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui permet d'éviter les difficultés de fraisage des espaces entre lames après refroidissement de l'ensemble montré sur la figure 1.

Comme il est visible sur la figure 5, on utilise un support en céramique 1 identique à celui de la figure 1. Sur ce support est posé une pièce métallique 27. Cette pièce est obtenue est pratiquant, dans la partie conique d'une pièce identique à la pièce 5 de la figure 1, des rainures longitudinales internes 28 suivant des plans radiaux tels que 29, 30, 31, 32 définissant des espaces non débouchants entre lames.

On peut voir plus clairement sur la figure 6 que les rainures internes telles que 33 sont peu profondes (de 0,5 à 2 mm par exemple) par rapport aux lames et ont une largeur un peu supérieure à celle des espaces entre lames.

Le chauffage de l'ensemble représenté sur la figure 5 s'effectue d'une manière absolument identique à celle déjà expliquée au sujet de la figure 1. Les rainures permettent d'éviter qu'au cours du fraisage final des espaces entre lames, la fraise ne vienne toucher la céramique du support. La figure 6 montre une fraise 34 usinant un espace entre lames.

On voit que grâce à la présence de la rainure 35 le bord de la fraise s'arrête à faible distance du support 1. Dans le cas d'une pièce 27 en cuivre, une seule fraise adaptée pour le cuivre est alors utilisée pour l'usinage final.

Les rainures peuvent être réalisées mécaniquement à l'étau limeur par exemple, ou bien gravées chimiquement à l'aide d'un produit corrosif tel que l'acide nitrique ou le perchlorure de fer, après protection des parties à conserver par un système de masque suivant des techniques connues.

Ce mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention présente l'avantage, par rapport à celui illustré par les figures 3 et 4, de disposer au moment du chauffage d'une pièce métallique plus homogène et plus robuste, ce qui évite des déformations pendant l'opération de chauffage.

L'invention s'applique plus particulièrement aux machines devant fonctionner à des températures élevées soit temporairement soit en régime permanent.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1/ Collecteur pour machine électrique tournante, comportant - un support en céramique présentant une surface latérale extérieure de révolution autour d'un axe, la céramique étant de préférence en alumine, - et des lames métalliques disposées parallèlement audit axe, à côté l'une de l'autre, autour de la surface latérale extérieure du support, de manière que deux lames juxtaposées quelconques soient séparées par un espace, chaque lame étant fixée au support par une couche d'un eutectique du métal des lames et d'un oxyde de ce métal, cette couche reliant une surface de fixation de la lame à la surface latérale extérieure du support, caractérisé en ce que - la surface latérale extérieure du support (1) est une première surface conique (4) - et les surfaces defixation des lames métalliques (11, 12) sont disposées suivant une deuxième surface conique de révolution autour dudit axe (3) et sensiblement parallèle à la première surface conique (4).

2/ Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lames métalliques (11, 12) sont en cuivre, ladite couche étant un eutectique cuivre-oxyde de cuivre.

3/ Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace entre lames comporte une portion élargie (35) du côté du support, cette portion élargie ayant une dimension radiale faible par rapport à celle des lames métalliques.

4/ Procédé de fabrication d'un collecteur pour machine électrique tournante, comportant - un assemblage d'une pièce métallique et d'un support en céramique muni d'une surface latérale extérieure de révolution autour d'un axe, cet assemblage consistant à mettre en contact une partie de la surface de la pièce avec ladite surface latérale extérieure de façon que la pièce souit serrée contre le support, - un chauffage de l'ensemble formé par le support et la pièce assemblés, à une température suffisante pour qu'il se forme, au moins sur ladite partie de la surface de la pièce en contact avec le support, une couche d'un eutectique du métal de la pièce et d'un oxyde de ce métal, - un refroidissement de l'ensemble à la température ambiante - et un usinage final de la pièce refroidie, de façon à obtenir des lames métalliques disposées autour de ladite surface latérale extérieure parallèlement audit axe, séparées l'une de l'autre par un espace et reliées au support par ladite couche refroidie, caractérisé en ce que ledit assemblage comporte - une disposition du support (1) de façon que l'axe (3) de sa surface latérale extérieure soit vertical, cette surface latérale (4) étant conique suivant un premier cône dont le sommet est sur ledit axe, au dessus du support - et une pose de ladite pièce (5) sur le support ainsi disposé, cette pièce étant un manchon dont la surface latérale intérieure est conique suivant un deuxième cône de révolution, les angles (A) au sommet des premier et deuxième cônes étant égaux entre eux, la pièce (5) étant posée sur le support (1) de façon que le premier cône et le deuxième cône soient coaxiaux et que la surface latérale intérieure du manchon repose sur la surface latérale extérieure du support, le serrage de la pièce contre le support étant provoqué par le poids du manchon, celui-ci se déplaçant par gravité au cours du chauffage vers le bas par rapport au support, le refroidissement entrainant une compression de ladite couche.

5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'usinage final comporte la formation dans le manchon de sillons longitudinaux (8, 9) constituant lesdits espaces entre lames.

6/ Procédé selon la revendication 14, caractérisé en qu'il comporte en outre, avant ledit assemblage, un usinage préalable du manchon (13) pour former des lames métalliques (16, 17) longitudinales dans une partie médiane (15) de la longueur axiale du manchon, ces lames étant maintenues en place dans le manchon par les deux parties extrêmes (20, 21) non usinées du manchon, et que ledit usinage final comporte la suppression desdites parties extrêmes du manchon.

7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit assemblage comporte en outre la pose d'un fourreau métallique (26) coaxial autour de ladite partie médiane (15) du manchon, et que l'usinage final comporte l'élimination de ce fourreau.

8/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, avant ledit assemblage, la formation de rainures (28, 33) longitudinales internes non débouchantes dans le manchon suivant des plans moyens (30) desdits espaces radiaux, ces rainures étant plus larges que lesdits espaces radiaux, et que ledit usinage final comporte la formation de sillons longitudinaux (31, 32) dans le manchon suivant lesdits plans moyens, de façon à former lesdits espaces radiaux séparant les lames entre elles.

9/ Procédé selon revendication 14, caractérisé en ce que le chauffage est effectué en atmosphère légèrement oxydante de façon à former pendant ce chauffage, au moins sur la surface de ladite pièce (5) en contact avec le support (1), une couche d'oxyde métallique.

10/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, avant ledit assemblage, une oxydation de la suface latérale intérieure du manchon (6).