FR2828959A1

FR2828959A1 - DEVICE FOR ELECTRIC TRANSMISSION OF ROTARY SYSTEMS

Info

Publication number: FR2828959A1
Application number: FR0110980A
Authority: FR
Inventors: Michel Pillet
Original assignee: AMC SARL
Current assignee: AMC SARL
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: FR2828959B1; WO2003019735A1

Abstract

The invention relates to a power supply device for a movable part (12) that rotates around or inside a fixed part. According to the invention, electric current is transmitted between the fixed part and the movable part via contact means that provide an electrical connection between said fixed part and said movable part when the latter is rotating. The contact means essentially comprise rolling means (16) which are disposed between a first ring (10), which is solidly connected to the fixed part, and a second ring (14), which is solidly connected to the rotating part, said rolling elements being made from one or more materials having a Brinell hardness that is greater than 100 HB and a resistivity that is less than 4 mu OMEGA .cm. Moreover, the rolling element (16) under stress is an electrically conductive spring having a diameter which, in rest, is smaller than the space between the external and internal rings (10 and 14).

Description

La présente invention concerne un dispositif de transmission de l'électricité entre une partie fixe telle qu'un palier et une partie mobile rotative telle qu'un arbre tournant et concerne en particulier un dispositif de transmission électrique de systèmes rotatifs. The present invention relates to a device for transmitting electricity between a fixed part such as a bearing and a rotating movable part such as a rotating shaft and relates in particular to an device for electrical transmission of rotary systems.

Les circuits électriques qui assurent le passage du courant d'une partie tournante telle qu'un arbre d'entraînement à une partie fixe telle qu'un palier, dans un système rotatif, sont généralement constitués de pièces fixes et solidaires de la partie fixe et en contact par frottement avec la partie mobile, telles que des balais en graphite. Ces pièces sont en général spécifiques au circuit électrique et ne jouent aucun rôle dans le mouvement rotatif du dispositif. Les pertes électriques sont très souvent importantes en raison du mauvais contact entre les balais de frottement et la partie mobile. En outre, plus le courant est important et plus la surface de contact entre la source de courant et la partie à alimenter doit être grande. Or, pour assurer le passage de courant de plus de 10000 A par exemple, la surface de contact en frottement très importante subit une dégradation rapide de son état de surface. Les systèmes à balais de frottement conducteurs nécessitent donc un grand nombre de balais dont la durée de vie est limitée. Dans le cas de balais en graphite, leur usure génère de la pollution. De plus, la chute de tension entre la partie fixe et la partie mobile pour de tels systèmes est importante. The electrical circuits which ensure the passage of current from a rotating part such as a drive shaft to a fixed part such as a bearing, in a rotary system, generally consist of fixed parts and integral with the fixed part and in frictional contact with the movable part, such as graphite brushes. These parts are generally specific to the electrical circuit and play no role in the rotary movement of the device. The electrical losses are very often significant due to the poor contact between the friction brushes and the moving part. In addition, the higher the current, the larger the contact area between the current source and the part to be supplied. However, to ensure the passage of current of more than 10,000 A for example, the very large friction contact surface undergoes rapid degradation of its surface condition. Conductive brush systems therefore require a large number of brushes whose lifetime is limited. In the case of graphite brushes, their wear generates pollution. In addition, the voltage drop between the fixed part and the mobile part for such systems is significant.

Afin de pallier les inconvénients cités, d'améliorer les performances de la transmission électrique entre une partie mobile et une partie fixe, et d'améliorer la durée de vie des pièces de transmission, certains dispositifs utilisent des métaux liquides conducteurs comme le mercure dans un palier étanche. Le mercure est alors en contact permanent avec la partie mobile et la surface de contact qui assure le passage du courant est importante. Cependant, l'emploi de mercure ou autres alliages métalliques liquides In order to overcome the aforementioned drawbacks, to improve the performance of the electrical transmission between a mobile part and a fixed part, and to improve the life of the transmission parts, certain devices use conductive liquid metals such as mercury in a sealed bearing. The mercury is then in permanent contact with the moving part and the contact surface which ensures the passage of the current is large. However, the use of mercury or other liquid metal alloys

à base de mercure restreint l'utilisation de tels dispositifs et présente l'inconvénient d'être en contravention avec les nouvelles réglementations liées à la protection de l'environnement aujourd'hui. based on mercury restricts the use of such devices and has the disadvantage of being in contravention of the new regulations related to environmental protection today.

C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif de transmission du courant entre une partie fixe et une partie mobile, acceptant les courants de forte intensité et procurant une surface de contact importante par l'utilisation d'éléments de roulement électriquement conducteurs et sous contrainte. This is why the object of the invention is to provide a device for transmitting the current between a fixed part and a mobile part, accepting high currents and providing a large contact surface by the use of rolling elements. electrically conductive and under stress.

Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif du type décrit ci-dessus dans lequel le passage du courant électrique entre la partie fixe et la partie mobile rotative est effectif à travers toute la surface de contact entre la partie fixe et la partie mobile. Another object of the invention is to provide a device of the type described above in which the passage of electric current between the fixed part and the rotating movable part is effective through the entire contact surface between the fixed part and the part mobile.

L'objet de l'invention concerne donc un dispositif d'alimentation électrique d'une partie mobile rotative tournant autour ou à l'intérieur d'une partie fixe dans lequel le courant électrique est transmis entre la partie fixe et la partie mobile par l'intermédiaire des moyens de contact assurant la connexion électrique entre la partie fixe et la partie mobile lorsque celle-ci est en rotation. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de contact sont constitués par des éléments de roulement situés entre une première bague solidaire de la partie fixe et une deuxième bague solidaire de la partie mobile rotative. The object of the invention therefore relates to an electrical power supply device for a rotating movable part rotating around or inside a fixed part in which the electric current is transmitted between the fixed part and the mobile part by the intermediary of the contact means ensuring the electrical connection between the fixed part and the mobile part when the latter is rotating. According to a characteristic of the invention, the contact means consist of rolling elements located between a first ring secured to the fixed part and a second ring secured to the rotary movable part.

Selon une autre caractéristique qui est particulièrement avantageuse, l'élément de roulement est un ressort électriquement conducteur et dont le diamètre au repos est inférieur à l'écart entre les bagues externe et interne. According to another characteristic which is particularly advantageous, the rolling element is an electrically conductive spring and whose diameter at rest is less than the difference between the outer and inner rings.

Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : The objects, objects and characteristics of the invention will appear more clearly on reading the following description made with reference to the drawings in which:

la figure 1 représente une vue en coupe des parties fixe et mobile et des roulements, la figure 2a représente une vue en coupe d'un roulement à ressort selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la figure 2b représente une vue en coupe d'un roulement plein, la figure 2c représente une vue en coupe d'un roulement de forme conique. Figure 1 shows a sectional view of the fixed and movable parts and bearings, Figure 2a shows a sectional view of a spring bearing according to a preferred embodiment of the invention, Figure 2b shows a sectional view of a solid bearing, FIG. 2c represents a sectional view of a bearing of conical shape.

Selon la figure 1, la partie fixe du système, non représentée sur le schéma est solidaire d'une bague externe 10 recouverte d'un revêtement argenté sur sa paroi interne 17. La partie tournante représentée par l'arbre 12 est également solidaire d'une bague interne 14 recouverte d'un revêtement argenté sur sa paroi externe 18. L'espace entre les deux bagues reçoit un ensemble de roulements identiques 16. Les roulements sont placés entre les deux bagues 10 et 14 sous contrainte afin que tous les roulements soient en contact avec les parois 17 et 18 des bagues externe et interne pour obtenir la meilleure conduction électrique possible entre les roulements et les parois 17 et 18. En effet, la connexion électrique entre la partie fixe et la partie mobile étant assurée par des moyens de contact entre ces deux parties, plus la surface de contact est grande entre ces deux parties et plus la conduction électrique sera importante et donc le flux d'électricité transmis de la partie fixe à la partie mobile sera important. Selon la forme des roulements, la contrainte est appliquée différemment. Le courant électrique provenant d'une source extérieure passe de la bague externe 10 à l'arbre 12 par l'intermédiaire des roulements 16. Le revêtement argent des roulements 16 et des parois 17 et 18 en contact avec les roulements, diminue la résistance électrique de contact des pièces entre elles et donc augmente la conductivité électrique de contact. According to Figure 1, the fixed part of the system, not shown in the diagram is secured to an outer ring 10 covered with a silver coating on its inner wall 17. The rotating portion represented by the shaft 12 is also secured to an inner ring 14 covered with a silver coating on its outer wall 18. The space between the two rings receives a set of identical bearings 16. The bearings are placed between the two rings 10 and 14 under stress so that all the bearings are in contact with the walls 17 and 18 of the external and internal rings to obtain the best possible electrical conduction between the bearings and the walls 17 and 18. Indeed, the electrical connection between the fixed part and the mobile part being ensured by means of contact between these two parts, the larger the contact surface between these two parts and the greater the electrical conduction and therefore the flow of electricity transmitted from the pa Fixed rtie to the moving part will be important. Depending on the shape of the bearings, the stress is applied differently. The electric current coming from an external source passes from the external ring 10 to the shaft 12 via the bearings 16. The silver coating of the bearings 16 and of the walls 17 and 18 in contact with the bearings, reduces the electrical resistance contact between the parts and therefore increases the electrical contact conductivity.

Les roulements sont de forme sphérique, cylindrique, conique, à aiguilles ou de tout autre forme. Ils peuvent The bearings are spherical, cylindrical, conical, needle or any other shape. They can

être composés d'un même matériau tel qu'un rouleau plein en cuivre ou en acier ou peuvent être composés de plusieurs matériaux tel qu'un rouleau plein en cuivre recouvert d'argent. La composition de tels matériaux permet d'allier les performances de conductivité électrique du cuivre et les performances de conductivité électrique de contact de l'argent. D'autres types de roulement peuvent être envisageables tels qu'ils sont décrits dans la suite de la description. be made of the same material such as a solid copper or steel roller or may be made of several materials such as a solid copper roller coated with silver. The composition of such materials makes it possible to combine the performances of electrical conductivity of copper and the performances of electrical conductivity of contact with silver. Other types of bearing can be envisaged as they are described in the following description.

Dans un mode de réalisation préféré, les roulements sont formés par des ressorts 20 de préférence à section carrée de façon à augmenter la surface de contact entre les roulements 16 et les parois des bagues 10 et 14. Pour allier de bonnes performances de conductivité électrique et des caractéristiques élastiques satisfaisantes, les ressorts sont de préférence en bronze béryllium. Ces roulements sous forme de ressorts assurent eux-mêmes la contrainte au niveau de chaque spire contre la paroi des bagues externe 10 et interne 14 car l'écart entre les deux bagues est inférieur au diamètre des ressorts au repos. Ainsi, les roulements ressorts, mis en place entre les deux bagues en position étirée afin de diminuer leur diamètre externe, exercent une pression radiale au niveau de chaque spire sur les parois 17 et 18 des bagues externe et interne 10 et 14 représentée par la flèche 27 ou 26. Par conséquent, plus le nombre de spires est important et plus la surface de contact entre le roulement ressort et la paroi des bagues est grande. Des ressorts à section circulaire peuvent également être utilisés sans pour autant sortir du cadre de l'invention. In a preferred embodiment, the bearings are formed by springs 20 preferably of square section so as to increase the contact surface between the bearings 16 and the walls of the rings 10 and 14. To combine good electrical conductivity performance and satisfactory elastic characteristics, the springs are preferably made of beryllium bronze. These bearings in the form of springs themselves ensure the stress at each turn against the wall of the outer 10 and inner 14 rings because the difference between the two rings is less than the diameter of the springs at rest. Thus, the spring bearings, placed between the two rings in the stretched position in order to reduce their external diameter, exert a radial pressure at the level of each turn on the walls 17 and 18 of the external and internal rings 10 and 14 represented by the arrow 27 or 26. Consequently, the greater the number of turns, the greater the contact surface between the spring bearing and the wall of the rings. Springs with circular section can also be used without departing from the scope of the invention.

Dans le cas de roulement sous forme de ressort, il est possible d'employer un enroulement cylindrique d'un conducteur tel qu'un profil en cuivre à l'intérieur duquel se trouve une âme élastique qui peut être en polyuréthane, en acier ou tout autre matériau élastique ou même un ressort en acier. Ainsi, le cuivre possédant de bonnes propriétés de conductivité électrique transmet le courant In the case of rolling in the form of a spring, it is possible to use a cylindrical winding of a conductor such as a copper profile inside which there is an elastic core which can be made of polyurethane, steel or any other elastic material or even a steel spring. Thus, copper with good electrical conductivity properties transmits the current

électrique de la bague 14 à la bague 10 et l'âme remplit la fonction élastique d'un ressort traditionnel en exerçant une pression sur l'enroulement en cuivre, la pression étant transmise par chaque spire sur les parois 17 et 18 des bagues externe et interne 10 et 14 telle que représentée par la flèche 27 ou 26. Les roulements ainsi formés sont placés sous contrainte au montage entre les deux bagues. electric from ring 14 to ring 10 and the core fulfills the elastic function of a traditional spring by exerting pressure on the copper winding, the pressure being transmitted by each turn on the walls 17 and 18 of the outer rings and internal 10 and 14 as shown by arrow 27 or 26. The bearings thus formed are placed under stress during assembly between the two rings.

On peut également utiliser des roulements cylindriques 30 pleins tels que représentés sur la figure 2b, la conduction électrique étant optimale lorsque les roulements sont en cuivre et recouverts d'argent. Dans ce cas, la pression entre les roulements et les parois en contact avec les roulements exercée par le poids de l'arbre représenté par la flèche 36 augmente la surface de contact entre les roulements et la paroi des bagues externe et interne 10 et 14. Solid cylindrical bearings 30 can also be used as shown in FIG. 2b, the electrical conduction being optimal when the bearings are made of copper and covered with silver. In this case, the pressure between the bearings and the walls in contact with the bearings exerted by the weight of the shaft represented by arrow 36 increases the contact surface between the bearings and the wall of the outer and inner rings 10 and 14.

Pour obtenir la plus grande surface de contact possible entre les roulements et les bagues 10 et 14, les roulements sont placés sous contrainte au montage entre les deux bagues. Afin de placer les roulements sous contrainte, après avoir placé les roulements entre les deux bagues, la bague interne 14 est emmanchée sur un arbre conique afin d'augmenter son diamètre par une légère déformation et ainsi réduire l'écart entre la bague interne 14 et la bague externe 10. Ainsi, par le fait que le diamètre du roulement est légèrement supérieur à l'écart entre les deux bagues, le roulement exerce une pression sur les parois des bagues externe et interne 10 et 14 et permet d'améliorer la conductivité électrique de contact par l'augmentation de la surface de contact. To obtain the greatest possible contact surface between the bearings and the rings 10 and 14, the bearings are placed under constraint during assembly between the two rings. In order to place the bearings under stress, after having placed the bearings between the two rings, the internal ring 14 is fitted on a conical shaft in order to increase its diameter by a slight deformation and thus reduce the gap between the internal ring 14 and the outer ring 10. Thus, by the fact that the diameter of the bearing is slightly greater than the difference between the two rings, the bearing exerts pressure on the walls of the outer and inner rings 10 and 14 and makes it possible to improve the conductivity electrical contact by increasing the contact surface.

Selon un autre de mode de réalisation, un autre type de roulement cylindrique peut être envisagé sous forme d'un tube creux en cuivre à l'intérieur duquel une âme en matière plastique déformable et élastique est placée. According to another embodiment, another type of cylindrical bearing can be envisaged in the form of a hollow copper tube inside which a core of deformable and elastic plastic material is placed.

Ainsi, le tube assure le passage du courant électrique et le matériau élastique placé sous contrainte dans le tube tel qu'un ressort exerce une pression sur le tube en Thus, the tube ensures the passage of electric current and the elastic material placed under stress in the tube such that a spring exerts a pressure on the tube in

cuivre, la pression est transmise du tube aux bagues externe et interne 10 et 14 assurant ainsi le contact permanent des parois du tubes avec les parois des bagues. copper, the pressure is transmitted from the tube to the external and internal rings 10 and 14 thus ensuring permanent contact of the walls of the tubes with the walls of the rings.

L'âme du roulement peut être alors du polyuréthane ou tout autre matériau ayant des caractéristiques élastiques similaires. The core of the bearing can then be polyurethane or any other material having similar elastic characteristics.

Un autre mode de réalisation des roulements consiste à réaliser des roulements coniques comme représentés sur la figure 2c. Les pièces de roulement composées des roulements 40, de la bague interne 14 reliée à la partie mobile rotative telle qu'un arbre et de la bague externe 10 reliée à la partie fixe telle qu'un palier sont coniques, le sommet des cônes étant confondu en un seul point situé sur l'axe de rotation de façon à ce qu'il y ait roulement sans frottement. Ainsi, pour augmenter la surface de contact entre les roulements et les parois des bagues, il suffit d'exercer une contrainte extérieure permanente représentée par la flèche 46 et parallèle à l'arbre. Another embodiment of the bearings consists in making tapered bearings as shown in FIG. 2c. The bearing parts composed of the bearings 40, the inner ring 14 connected to the rotating movable part such as a shaft and the outer ring 10 connected to the fixed part such as a bearing are conical, the apex of the cones being coincident at a single point on the axis of rotation so that there is rolling without friction. Thus, to increase the contact surface between the bearings and the walls of the rings, it suffices to exert a permanent external stress represented by the arrow 46 and parallel to the shaft.

Le dispositif de transmission d'un courant électrique entre une partie fixe et une partie mobile rotative décrit ici présente de nombreux avantages. En optimisant la surface de contact nécessaire entre les parties fixe et mobile, il permet le passage de courant de forte intensité tel que des courants de 50000 A utilisés en électrotechnique de puissance. En outre, l'utilisation des roulements pour transmettre le courant supprime les éléments frottants utilisés dans les dispositifs traditionnels et augmente de façon considérable la durée de vie des pièces de transmission. De plus, la chute de tension entre la source de courant et les pièces à alimenter est beaucoup moins importante que dans le cas de pièces en contact par frottement du fait que les parties en contact sont sous pression. De plus, la contrainte créée au moment du montage entre les roulements et les parois des bagues interne et externe permet à tous les roulements d'être en contact permanent avec les parois des bagues pendant toute la durée de la rotation. En effet, les The device for transmitting an electric current between a fixed part and a rotating mobile part described here has many advantages. By optimizing the necessary contact surface between the fixed and mobile parts, it allows the passage of high intensity current such as currents of 50,000 A used in power electrical engineering. In addition, the use of bearings to transmit current eliminates the friction elements used in traditional devices and considerably increases the life of the transmission parts. In addition, the voltage drop between the current source and the parts to be supplied is much less than in the case of parts in contact by friction because the parts in contact are under pressure. In addition, the stress created during assembly between the bearings and the walls of the inner and outer rings allows all the bearings to be in permanent contact with the walls of the rings throughout the duration of the rotation. Indeed, the

roulements traditionnels ne sont vraiment en contact avec les parois des bagues externe et interne que lorsqu'ils sont dans la position où la composante du poids est maximale. Traditional bearings are only really in contact with the walls of the outer and inner rings when they are in the position where the weight component is maximum.

Le dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé uniquement pour la transmission électrique entre une partie rotative et une partie fixe, indépendamment du mécanisme de roulement traditionnel destiné à subir les contraintes mécaniques. The device according to the invention can also be used only for the electrical transmission between a rotary part and a fixed part, independently of the traditional rolling mechanism intended to undergo mechanical stresses.

Cependant, le dispositif selon l'invention peut aussi remplir à la fois les fonctions de dispositif d'alimentation électrique d'une partie mobile rotative tournant autour ou à l'intérieur d'une partie fixe et de roulement mécanique traditionnel assurant la portée de la partie fixe par rapport à la partie mobile. However, the device according to the invention can also fulfill both the functions of an electrical supply device of a rotary movable part rotating around or inside a fixed part and of a traditional mechanical bearing ensuring the range of the fixed part with respect to the mobile part.

Claims

1. Power supply device for a rotating movable part rotating around or inside a fixed part in which the electric current is transmitted between the fixed part and the mobile part by means of contact means ensuring the electrical connection between said fixed part and said movable part when the latter is in rotation; characterized in that said contact means are constituted by rolling elements (16) under stress located between a first ring (10) secured to said fixed part and a second ring (14) secured to said rotary movable part (12).

2. Device according to claim 1, wherein said rolling element (16) is an electrically conductive spring (20) and whose diameter at rest is less than the distance between the outer ring (10) and the inner ring (14 ).

3. Device according to claim 2, wherein said rolling element (16) is a square section spring (20) so as to increase the contact surface between the bearing (16) and the walls of the rings (10 and 14) .

4. Device according to one of claims 2 or 3, wherein said spring (20) is beryllium bronze.

5. Device according to one of claims 2,3 or 4, wherein said spring (20) is composed of a conductive metal winding such as copper and an elastic cylindrical core such as polyurethane.

6. Device according to claim 1, wherein said rolling element (16) is a cylindrical roller

solid (30) electrically conductive and whose diameter is slightly greater than the distance between the outer ring (10) and the inner ring (14).

7. Device according to claim 6, in which said solid cylindrical roller (30) is made of copper coated with silver.

8. Device according to claim 6, wherein said solid cylindrical roller (30) is composed of a hollow cylinder of electrically conductive metal such as copper and an elastic core such as polyurethane.

9. Device according to claim 1, wherein said rolling element (16) is an electrically conductive conical roller (40).