WO2024256359A1 - Contacteur comportant un moteur electrique et un systeme collecteur-balais - Google Patents

Contacteur comportant un moteur electrique et un systeme collecteur-balais Download PDF

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WO2024256359A1
WO2024256359A1 PCT/EP2024/066004 EP2024066004W WO2024256359A1 WO 2024256359 A1 WO2024256359 A1 WO 2024256359A1 EP 2024066004 W EP2024066004 W EP 2024066004W WO 2024256359 A1 WO2024256359 A1 WO 2024256359A1
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collector
brushes
conductive portion
rotor
pair
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Michel Labonne
François BEL
Daniel Vincent
Thomas Martin
Thomas JANNOT
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Safran Electrical & Power Sas
Original Assignee
Safran Electrical & Power Sas
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Publication date
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H19/58—Angularly-movable actuating part carrying contacts, e.g. drum switch having only axial contact pressure, e.g. disc switch, wafer switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/60—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock

Definitions

  • the invention relates to the field of contactors, in particular contactors which must operate in severe vibration environments.
  • Electrical contactors generally consist of a lever or a blade allowing, depending on their position, electrical contact or electrical insulation, by the limited rotational movement of the lever.
  • Other types of electrical contacts use the translation of two conductive parts.
  • Other types of contact use the rotation of a selector bringing tracks into contact with blades, such as the rotary contactor described in French patent application FR 2407562.
  • the invention aims to propose a contactor capable of operating in severe vibration environments without requiring a high power to switch the contacts.
  • the invention proposes for this purpose a contactor comprising an electric motor and a collector-brush system.
  • the motor is configured to be fixed to a frame and comprises a coaxial stator and rotor.
  • the rotor is configured to be movable in rotation about an axis of rotation.
  • the collector-brush system comprises: a collector assembled to the rotor of the electric motor, the collector having a cylindrical shape and comprising at least one conductive portion and at least one non-conductive portion; and a pair of brushes formed by two brushes, said brushes being configured to be fixed to the frame and each having a contact face configured to rub against the collector.
  • a lateral surface of the collector comprises said at least one conductive portion and said at least one non-conductive portion of the collector.
  • the collector is rotatable about the axis of rotation.
  • the collector-brush system is configured to move between a conduction position in which the collector electrically connects the pair of brushes, and an interruption position in which the collector electrically isolates the pair of brushes.
  • At least one conductive portion is in contact with the brushes and no non-conductive portion extends between the two brushes when the collector-brush system is in the conduction position, and a non-conductive portion is in contact with at least one of the brushes of the pair of brushes or a non-conductive portion extends between the two brushes of the pair of brushes when the collector-brush system is in the interruption position.
  • the collector-brush system passes from the conduction position to the interruption position, and vice versa, by rotation of the collector around the axis of rotation under the action of the electric motor.
  • the contactor thus obtained has reduced sensitivity to vibrations of its rotating configuration. Indeed, the symmetrical structure of the motor and in particular of its rotor, as well as the mounting of the collector on the rotor, make it possible to obtain a balanced contactor. This balancing prevents shocks or vibrations from moving the collector and in particular its contacts formed by the pairs of brushes.
  • the same conductive portion is in contact with the two brushes of the brush pair when the collector-brush system is in the conduction position, and at at least one non-conductive portion is in contact with at least one brush of the brush pair when the collector-brush system is in the interrupted position.
  • the collector comprises at least two conductive portions, an empty space separating two adjacent conductive portions and forming said at least one non-conductive portion, the adjacent conductive portions each being in contact with one of the brushes of the pair of brushes when the collector-brush system is in the interrupted position.
  • the motor is a limited travel magnet motor.
  • the contactor comprises a stop piece assembled to the frame, the stop piece comprising an assembly element configured to cooperate with a complementary assembly element formed in the rotor.
  • the contactor comprises several pairs of brushes each formed by two brushes.
  • FIG. 1 represents in perspective and in top view a contactor according to a first embodiment of the invention, the contactor being in a connected configuration
  • FIG. 2 is a detailed view of a brush device of the contactor
  • FIG. 3 represents in perspective and in top view the contactor in a disconnected configuration
  • FIG. 4 schematically represents an electrical circuit of the contactor
  • Figure 5 is a perspective view of a contactor according to a second embodiment of the invention
  • Figure 6 shows a contactor according to a third embodiment of the invention.
  • Figures 1 to 3 show a contactor 1 according to an embodiment of the invention.
  • An electrical circuit of the contactor 1 is shown, schematically, in Figure 4.
  • the contactor comprises an electric motor 2 and a collector-brush system 3.
  • the contactor also includes a frame (not shown in the figures).
  • the electric motor 2 constitutes the control part of the contactor.
  • the motor 2 comprises a stator 200 and a rotor 201.
  • the stator 200 constitutes the fixed part of the motor 2 and the rotor 201 the rotating part.
  • the rotor 201 is configured to rotate about an axis of rotation X.
  • the stator 200 and the rotor 201 are coaxial.
  • the rotor 201 extends around the stator 200.
  • the stator 200 can extend around the rotor 201.
  • the motor further comprises an interface part 203.
  • the interface part 203 is configured to be fixed to the frame of the contactor 1.
  • the interface part 203 is here fixed to one end 204 of the stator 200.
  • the motor 2 is for example of the permanent magnet type with limited travel.
  • the limited travel motor comprises a single winding. Supplying the winding with direct current, in the positive direction, makes it possible to rotate the motor in a given direction of rotation. Supplying the winding with direct current, in the negative direction, makes it possible to rotate the motor in the opposite direction.
  • the use of a magnet motor is also advantageous in that the motor is inherently balanced.
  • the motor is more balanced when the magnets are identically offset from each other.
  • the motor comprises two windings in phase opposition. The supply of a first of said windings by a positive direct current allows for example rotation in a first direction, and the supply of a second of said windings by a positive direct current allows rotation of the motor in a second direction opposite to the first direction.
  • one or both windings of the motor are connected in series with an anti-polarity reversal diode. This makes it possible to avoid connection or control order errors.
  • the brush-collector system 3 constitutes the electrical contact part of the contactor.
  • the collector-brush system 3 comprises a collector 300 and a brush device 301.
  • the collector 300 has a cylindrical shape.
  • the collector 300 here has an annular shape.
  • the collector 300 comprises at least one conductive portion 302 and at least one non-conductive portion 303.
  • the collector comprises several conductive portions 302 and non-conductive portions 303.
  • the collector 300 comprises an alternation of conductive portions 302 and non-conductive portions 303.
  • any conductive portion 302 is circumferentially adjacent to a non-conductive portion 303.
  • the conductive portions 302 are hatched in FIGS. 1 to 3 and 6.
  • the conductive portions 302 are inserted into an insulating support.
  • the parts of the insulating support extending between the conductive portions 302 form the non-conductive portions 303.
  • the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 may be completely separate.
  • the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 form the periphery of the collector 300. In other words, faces of the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 form a lateral surface of the collector 300.
  • the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 here have the same shape.
  • the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 are here blades.
  • the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 have a rectangular shape.
  • the conductive portions 302 are here narrower than the non-conductive portions 303.
  • the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 may have a different shape and/or dimensions.
  • the conductive portions 302 and the non-conductive portions 303 may be rectangular blades of the same width.
  • the conductive portions 302 can be made of any electrically conductive material, for example metal such as copper.
  • the non-conductive portions 303 can be made of any insulating material, for example plastic material.
  • the non-conductive portions 303 may also be formed by an empty space separating conductive portions.
  • the air in the empty space provides electrical insulation between the conductive portions 302.
  • the empty space is formed by splitting a conductive blade in two, as shown in FIG. 5 and detailed below in relation to this figure.
  • the empty space may extend in place of the non-conductive portions 303 materially shown in the embodiment of FIGS. 1 to 3.
  • the collector 300 is assembled to the rotor 201 of the electric motor 2.
  • the collector 300 is movable in rotation around the axis of rotation X.
  • the collector 300 is actuated by the motor 2.
  • the rotation of the rotor 201 in one direction causes the rotation of the collector 300 in the same direction.
  • the rotor 201 constitutes an external armature and the stator 200 constitutes an internal armature of the motor 2.
  • the collector 300 is mounted on a lateral surface of the rotor 201. In other words, the collector 300 is mounted around the motor 2. This makes it possible to limit the height of the contactor 1, i.e. say the dimension of the contactor 1 according to the direction of the axis of rotation X. The contactor thus obtained is compact.
  • the commutator 300 may be assembled to the rotor 201 otherwise.
  • the commutator 300 may be mounted on an output shaft 205 of the motor 2, as illustrated in FIG. 6.
  • the brush device 301 comprises at least one pair of brushes 304 (clearly visible in FIG. 2).
  • Each pair of brushes 304 is connected to an input and an output of the contactor 1.
  • Each brush 304 comprises a contact face 305.
  • the contact face 305 of the brush 304 is configured to rub against the collector 300.
  • the pair of brushes 304 constitutes a contact of the contactor 1.
  • the contactor 1 may comprise several pairs of brushes 304 making it possible to switch several lines with the same collector 300. Eight pairs of brushes (i.e. sixteen brushes) are shown in FIGS. 1 and 2, but of course the brush device may comprise a different number of brushes. The number of pairs of brushes depends on the desired number of contacts.
  • the brushes 304 are made for example from carbon.
  • the brush device 301 also comprises at least one brush holder 306 and a support 307.
  • the brush device 301 here comprises eight brush holders 306.
  • Each brush holder 306 can accommodate a pair of brushes 304.
  • the brush holder 306 comprises two cages 308.
  • Each cage 308 is configured to receive one of the brushes 304.
  • the brush holder 306 is mounted on the support 307.
  • the support 307 has an annular shape.
  • the support 307 extends around the collector 300.
  • the support 307 is orthogonal to the axis of rotation X.
  • the support 307 comprises an electrically conductive plate, for example made of steel.
  • the cages 308 may be arranged circumferentially next to each other. Each pair of brushes 304 is next to each other around the collector 300.
  • the cages 308 may be arranged on the same side of the support 307.
  • Each cage 308 receives at least one spring (not shown).
  • the spring is configured to push the brush 304 against the collector 300.
  • the spring permanently exerts a force on the brush tending to push the brush against the collector. Good contact of the brushes with the collector is thus ensured.
  • the brushes 304 are said to be preloaded.
  • the brushes 304 remain in contact even in the presence of shocks, vibrations, or accelerations.
  • the collector-brush system being used in applications operating in prolonged rotation at relatively high speeds (of the order of 50 m/s), the friction torque of the brushes on the collector will remain relatively low.
  • the brush device 301 is configured to be fixed to the frame (not shown) of the contactor 1.
  • the contactor 1 further comprises at least one stop piece 4.
  • the stop piece 4 is configured to limit the rotation of the motor 2.
  • the stop piece 4 is assembled on the one hand to the frame (not shown) and on the other hand to the rotor 201.
  • the stop piece 4 comprises an assembly element 401 configured to cooperate with a complementary assembly element 202 formed in the rotor.
  • the assembly element 401 is a finger.
  • the complementary assembly element 202 is a notch.
  • the notch 202 is configured to receive the finger 401.
  • the finger 401 is configured to move in the notch.
  • the assembly element may be a notch and the complementary assembly element a finger.
  • the stop piece 4 here comprises a plate 402 orthogonally extending the assembly element 401.
  • the plate 402 comprises a hole 400.
  • the hole 400 has an oblong shape.
  • the plate 402 allows the stop piece 4 to be fixed to the frame.
  • the stop piece is for example fixed to the frame by means of a screw inserted into the hole 400.
  • the oblong shape of the hole 400 allows the position of the stop piece 4 to be adjusted relative to the frame.
  • the contactor 1 here comprises a stop piece 4. Alternatively, the contactor 1 can of course comprise several stop pieces 4.
  • the rotor 201 may comprise several notches 202.
  • One or more of the notches 202 may be configured to cooperate with one or more of the stop pieces 4.
  • the number of stop pieces 4 and notch 202 may be the same.
  • Each stop piece 4 is then configured to cooperate with one of the notches 202.
  • the number of notches 202 may be greater than the number of stop pieces 4.
  • the stop piece(s) is(are) each configured to cooperate with one of the notches 202.
  • the additional notches 202 i.e. in addition to the number of stop pieces 4, make it possible to minimize the unbalance on the rotor.
  • the action of shocks, vibrations, or accelerations on the rotor and the commutator will create a negligible resulting torque that can be largely compensated by the restraining torque of the motor.
  • the commutator will not move even in the presence of shocks, vibrations, or accelerations.
  • the notches 202 can be made symmetrically with respect to the axis of rotation X.
  • the rotor 201 can for example comprise three notches 202 each placed at 120° with respect to each other.
  • the rotor 201 comprises three notches 202 and the contactor 1 comprises a stop piece 4.
  • the stop piece(s) 4 are positioned so as to limit the rotation of the limited travel motor over an operational range of the contactor.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the contactor 1 according to the invention.
  • the collector comprises whole blades 302 and split blades 309.
  • the whole blades form the conductive portions 302.
  • the split blades 309 comprise two parts 310.
  • the two parts 310 are for example made of the same material as the conductive portions 302. In other words, the parts 310 are individually conductive portions.
  • Each split blade 309 further comprises an empty space 311 between the two parts 310.
  • the empty space 311 constitutes an electrical insulator.
  • the empty space 311 constitutes a non-conductive portion 303.
  • the collector may comprise several conductive portions separated from each other by an empty space.
  • the adjacent conductive portions may have different dimensions.
  • the adjacent conductive portions are, for example, blades of different width.
  • the brushes may be arranged circumferentially around the collector.
  • the collector-brush system 3 is movable between a conduction position and an interruption position. In the conduction position, the collector 300 electrically connects the pair of brushes 304. The contact is thus closed. In the interruption position, the collector 300 electrically isolates the pair of brushes 304. The contact is thus open.
  • the collector-brush system 3 passes from the conduction position to the interruption position, and vice versa, by rotation of the collector 300 around the axis of rotation X under the action of the electric motor 2.
  • the collector-brush system 3 can pass from the conduction position to the interruption position by rotation of the collector 300 in a first direction of rotation, and from the interruption position to the conduction position, by rotation of the collector 300 in a second direction of rotation opposite to said first direction of rotation.
  • the collector-brush system 3 has several conduction positions and interruption positions. More precisely, the collector-brush system 3 has at least one conduction position and at least one interruption position associated with each pair of brushes 304. [0077] In the conduction position, the pair of brushes 304 rubs against a conductive portion 302, as visible in FIGS. 1 and 2.
  • the interruption position depends on the construction of the collector 300.
  • the collector is in the interruption position when a non-conductive portion 303 is opposite the pair of brushes 304.
  • the collector-brush system 3 is in the interruption position.
  • the collector in the interruption position is shown in FIG.
  • the collector-brush system is in the interrupted position when the brushes of the pair are each in contact with one of the conductive portions 302, the conductive portions 302 being insulated from each other.
  • the conductive portions 302 may be insulated from each other by the presence of an insulating material or an empty space.
  • the collector-brush system is in the interrupted position when a conductive portion is in contact with a brush of the pair and a non-conductive portion is in contact with the other brush of the pair.
  • the collector-brush system is in the conduction position when the two brushes 304 of the pair are in contact with an entire blade 302.
  • the collector-brush system is in the interruption position when each brush 304 is in contact with a part 310 of the split blade 309.
  • the collector-brush system is in the conduction position when the two brushes of the pair are in contact with the same conductive portion.
  • the collector-brush system is in the interruption position when each brush of the pair is in contact with a different conductive portion.
  • the contactor 1 is configured to take a connected configuration and a disconnected configuration.
  • the collector-brush system 3 In the connected configuration, the collector-brush system 3 is in the conduction position. The contact formed by the pair of brushes 304 and the collector 300 is thus in the closed state.
  • the collector-brush system 3 In the disconnected configuration, the collector-brush system 3 is in the interrupted position. The contact formed by the pair of brushes 304 and the collector 300 is thus in the open state.
  • the contactor 1 passes from the connected configuration to the disconnected configuration, and vice versa, by rotation of the collector 300 around the axis of rotation X under the action of the electric motor.
  • the electric motor 2 constitutes the control part of the contactor 1.
  • the winding(s) constitute the control circuit of the contactor 1.
  • the power supply of the electric motor makes it possible to rotate the collector in order to create an open or closed contact between the brushes 304.
  • the stop piece 4 can be positioned so as to limit the rotation of the motor 2 and therefore of the collector-brush system 3 between the conduction and interruption positions.
  • the motor 2 is a magnet motor, it can be configured to obtain a retaining torque of the magnets at the positions of the stop piece(s) 4. This allows it to be maintained in the conduction or interruption position even when the motor 2 is not electrically powered.
  • the contactor according to the invention is particularly suitable for use in severe vibration environments, in particular thanks to its balancing.
  • the contactor also requires low power to open or close the contact(s).

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

L'invention concerne un contacteur comportant un moteur (2) et un système collecteur-balais (3), le moteur comportant un stator (200) et un rotor (201), le système collecteur-balais comportant : - un collecteur (300) assemblé au rotor, le collecteur comportant au moins une portion conductrice (302) et au moins une portion non conductrice (303); et - un couple de balais formé par deux balais (304), lesdits balais ayant chacun une face de contact configurée pour frotter contre le collecteur. Une surface latérale du collecteur (300) comprend la portion conductrice (302) et la portion non conductrice (303) du collecteur, le collecteur étant mobile en rotation autour d'un axe de rotation (X). Le système collecteur-balais (3) est configuré pour se déplacer entre une position de conduction dans laquelle le collecteur connecte électriquement le couple de balais, et une position d'interruption dans laquelle le collecteur isole électriquement le couple de balais (304), le système collecteur-balais passant de la position de conduction à la position d'interruption, et inversement, par rotation du collecteur (300) sous l'action du moteur.

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Contacteur comportant un moteur électrique et un système collecteur-balais
[0001] L’invention concerne le domaine des contacteurs, en particulier les contacteurs devant fonctionner dans des environnements vibratoires sévères.
[0002] Les contacteurs électriques sont généralement constitués d’un levier ou d’une lame permettant, en fonction de leur position, la mise en contact électrique ou l’isolement électrique, par le mouvement de rotation limitée du levier. D’autres types de contacts électriques utilisent la translation de deux parties conductrices. D’autres types de contact utilisent la rotation d’un sélecteur mettant en contact des pistes contre des lames, tel que le contacteur rotatif décrit dans la demande de brevet française FR 2407562.
[0003] L’inconvénient de ces systèmes est la sensibilité intrinsèque des éléments de contacts (tels que leviers, lames) aux chocs, vibrations et accélérations, qui peuvent créer des mouvements de translations ou rotations rompant ou créant un contact électrique.
[0004] Une solution à ce problème consiste à augmenter la force de maintien du contact. Cela nécessiterait toutefois une plus grande puissance pour commuter les contacts, et ce d’autant plus lorsque le contacteur doit commuter un grand nombre de contacts.
[0005] L’invention vise à proposer un contacteur pouvant fonctionner dans des environnements vibratoires sévères sans nécessiter une grande puissance pour commuter les contacts.
[0006] L’invention propose à cet effet un contacteur comportant un moteur électrique et un système collecteur-balais. Le moteur est configuré pour être fixé à un bâti et comporte un stator et un rotor coaxiaux. Le rotor est configuré pour être mobile en rotation autour d’un axe de rotation. Le système collecteur-balais comporte : un collecteur assemblé au rotor du moteur électrique, le collecteur présentant une forme cylindrique et comportant au moins une portion conductrice et au moins une portion non conductrice ; et un couple de balais formé par deux balais, lesdits balais étant configurés pour être fixés au bâti et ayant chacun une face de contact configurée pour frotter contre le collecteur.
[0007] Selon l’invention, une surface latérale du collecteur comprend ladite au moins une portion conductrice et ladite au moins portion non conductrice du collecteur. Le collecteur est mobile en rotation autour de l’axe de rotation. Le système collecteur- balais est configuré pour se déplacer entre une position de conduction dans laquelle le collecteur connecte électriquement le couple de balais, et une position d’interruption dans laquelle le collecteur isole électriquement le couple de balais. Au moins une portion conductrice est en contact avec les balais et aucune portion non conductrice ne s’étend entre les deux balais lorsque le système collecteur-balais est en position de conduction, et une portion non conductrice est en contact avec au moins l’un des balais du couple de balais ou une portion non conductrice s’étend entre les deux balais du couple de balais lorsque le système collecteur-balais est en position d’interruption.
Le système collecteur-balais passe de la position de conduction à la position d’interruption, et inversement, par rotation du collecteur autour de l’axe de rotation sous l’action du moteur électrique.
[0008] Le contacteur ainsi obtenu possède une sensibilité réduite aux vibrations de sa configuration rotative. En effet, la structure symétrique du moteur et notamment de son rotor, ainsi que le montage du collecteur sur le rotor, permettent d’obtenir un contacteur équilibré. Cet équilibrage évite que les chocs ou vibrations ne bougent le collecteur et notamment ses contacts formés par les couples de balais.
[0009] En outre, une faible puissance électrique est nécessaire pour passer de la position de conduction à la position d’interruption, et vice-versa, du fait du faible couple de frottement des balais sur le collecteur. Cela permet d’envisager la commande simultanée de plusieurs contacts avec une puissance réduite pour alimenter le contacteur.
[0010] Des caractéristiques préférées particulièrement commodes du contacteur selon l’invention sont présentées ci-dessous.
[0011] Une même portion conductrice est en contact avec les deux balais du couple de balais lorsque le système collecteur-balais est en position de conduction, et au moins une portion non conductrice est en contact avec au moins un balai du couple de balais lorsque le système collecteur-balais est en position d’interruption.
[0012] Le collecteur comprend au moins deux portions conductrices, un espace vide séparant deux portions conductrices adjacentes et formant ladite au moins une portion non conductrice, les portions conductrices adjacentes étant chacune en contact avec l’un des balais du couple de balais lorsque le système collecteur-balais est en position d’interruption.
[0013] La portion conductrice est en cuivre et la portion non conductrice est en matériau plastique.
[0014] Le rotor s’étend autour du stator, le collecteur étant monté sur une surface latérale du rotor.
[0015] Le stator s’étend autour du rotor, le moteur comportant un arbre sur lequel est monté le rotor, le collecteur étant monté sur ledit arbre.
[0016] Le moteur est moteur à aimants à débattement limité.
[0017] Le contacteur comporte une pièce de butée assemblée au bâti, la pièce de butée comprenant un élément d’assemblage configuré pour coopérer avec un élément d’assemblage complémentaire formé dans le rotor.
[0018] Le contacteur comporte plusieurs couples de balais chacun formés par deux balais.
[0019] D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront encore dans la description ci-après en référence aux dessins annexés, donnés à titre d’exemple non limitatifs: la figure 1 représente en perspective et en vue de dessus un contacteur selon un premier mode de réalisation de l’invention, le contacteur étant dans une configuration connectée ; la figure 2 est une vue de détail d’un dispositif à balais du contacteur ; la figure 3 représente en perspective et en vue de dessus le contacteur dans une configuration déconnectée ; la figure 4 représente schématiquement un circuit électrique du contacteur ; la figure 5 est une vue en perspective d’un contacteur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; et la figure 6 représente un contacteur selon un troisième mode de réalisation de l’invention.
[0020] Les figures 1 à 3 représentent un contacteur 1 selon un mode de réalisation de l’invention. Un circuit électrique du contacteur 1 est représenté, de manière schématique, à la figure 4.
[0021] Le contacteur comporte un moteur électrique 2 et un système collecteur-balais 3.
[0022] Le contacteur comporte également un bâti (non illustré sur les figures).
[0023] Le moteur électrique 2 constitue la partie commande du contacteur.
[0024] Le moteur 2 comporte un stator 200 et un rotor 201 . Le stator 200 constitue la partie fixe du moteur 2 et le rotor 201 la partie tournante. Le rotor 201 est configuré pour tourner autour d’un axe de rotation X. Le stator 200 et le rotor 201 sont coaxiaux.
[0025] Dans l’exemple de réalisation des figures 1 à 3, le rotor 201 s’étend autour du stator 200. Dans une variante représentée à la figure 6, le stator 200 peut s’étendre autour du rotor 201.
[0026] Le moteur comporte en outre une pièce d’interface 203. La pièce d’interface 203 est configurée pour être fixée au bâti du contacteur 1 . La pièce d’interface 203 est ici fixée à une extrémité 204 du stator 200.
[0027] Le moteur 2 est par exemple du type à aimants permanent à débattement limité. Le moteur à débattement limité comprend un seul enroulement bobinage. L’alimentation de l’enroulement en courant continu, dans le sens positif, permet de faire tourner le moteur dans un sens de rotation donné. L’alimentation de l’enroulement en courant continu, dans le sens négatif, permet de faire tourner le moteur dans le sens contraire.
[0028] L’utilisation d’un moteur à aimants est également avantageuse en ce que le moteur est intrinsèquement équilibré. Le moteur est d’autant plus équilibré lorsque les aimants sont identiquement décalés les uns des autres. [0029] Dans une variante, le moteur comporte deux bobinages en opposition de phase. L’alimentation d’un premier desdits bobinages par un courant continu positif permet par exemple la rotation dans un premier sens, et l’alimentation d’un deuxième desdits bobinages par un courant continu positif permet la rotation du moteur dans un deuxième sens contraire au premier sens.
[0030] Dans un exemple de réalisation, l’un ou les deux bobinages du moteur sont connectés en série avec une diode d’anti-inversion de polarité. Cela permet d’éviter les erreurs de branchement ou d’ordre de commande.
[0031] Le système balais-collecteur 3 constitue la partie contact électrique du contacteur.
[0032] Le système collecteur-balais 3 comporte un collecteur 300 et un dispositif à balais 301 .
[0033] Le collecteur 300 présente une forme cylindrique. En particulier, le collecteur 300 présente ici une forme annulaire.
[0034] Le collecteur 300 comprend au moins une portion conductrice 302 et au moins une portion non conductrice 303.
[0035] Dans l’exemple illustré aux figures 1 à 3, le collecteur comprend plusieurs portions conductrices 302 et portions non conductrices 303. Le collecteur 300 comprend une alternance de portions conductrices 302 et de portions non conductrices 303. Autrement dit, toute portion conductrice 302 est circonférentiellement adjacente à une portion non conductrice 303. Les portions conductrices 302 sont hachurées sur les figures 1 à 3 et 6.
[0036] Dans l’exemple illustré et comme bien visible sur la figure 2, les portions conductrices 302 sont insérées dans un support isolant. Les parties du support isolant s’étendant entre les portions conductrices 302 forment les portions non conductrices 303. Alternativement, les portions conductrices 302 et les portions non conductrices 303 peuvent être complètement disjointes.
[0037] Les portions conductrices 302 et les portions non conductrices 303 forment le pourtour du collecteur 300. Autrement dit, des faces des portions conductrices 302 et des portions non conductrices 303 forment une surface latérale du collecteur 300. [0038] Les portions conductrices 302 et les portions non conductrices 303 présentent ici la même forme. Les portions conductrices 302 et les portions non conductrices 303 sont ici des lames. Les portions conductrices 302 et les portions non conductrices 303 présentent une forme rectangulaire. Les portions conductrices 302 sont ici plus étroites que les portions non conductrices 303.
[0039] L’utilisation de portions conductrices et portions non conductrices identiques, par exemple des lames, permet un équilibrage du collecteur.
[0040] Dans d’autres exemples de réalisation, les portions conductrices 302 et les portions non conductrices 303 peuvent présenter une forme et/ou des dimensions différentes. Par exemple, les portions conductrices 302 et les portions non conductrices 303 peuvent être des lames rectangulaires de même largeur.
[0041] Les portions conductrices 302 peuvent être réalisées en tout matériau conducteur d’électricité, par exemple en métal tel que le cuivre.
[0042] Les portions non conductrices 303 peuvent être réalisées en tout matériau isolant, par exemple en matériau plastique.
[0043] Les portions non conductrices 303 peuvent également être formées par un espace vide séparant des portions conductrices. L’air se trouvant dans l’espace vide permet l’isolation électrique entre les portions conductrices 302. Dans un exemple de réalisation de l’invention, l’espace vide est formé en fendant une lame conductrice en deux, comme visible à la figure 5 et détaillé plus loin en relation avec cette figure. Dans un autre exemple de réalisation non représenté, l’espace vide peut s’étendre à la place des portions non conductrices 303 matériellement représentées dans le mode de réalisation des figures 1 à 3.
[0044] Le collecteur 300 est assemblé au rotor 201 du moteur électrique 2. Le collecteur 300 est mobile en rotation autour de l’axe de rotation X. Le collecteur 300 est actionné par le moteur 2. La rotation du rotor 201 dans un sens entraîne la rotation du collecteur 300 dans le même sens.
[0045] Dans l’exemple représenté, le rotor 201 constitue une armature extérieure et le stator 200 constitue une armature intérieure du moteur 2. Le collecteur 300 est monté sur une surface latérale du rotor 201. Autrement dit, le collecteur 300 est monté autour du moteur 2. Ceci permet de limiter la hauteur du contacteur 1 , c’est-à- dire la dimension du contacteur 1 selon la direction de l’axe de rotation X. Le contacteur ainsi obtenu est compact.
[0046] Dans le mode de réalisation dans lequel le stator 200 du moteur s’étend autour du rotor 201 , le collecteur 300 peut être assemblé au rotor 201 autrement. Le collecteur 300 peut être monté sur un arbre de sortie 205 du moteur 2, comme illustré à la figure 6.
[0047] Le dispositif à balais 301 comporte au moins un couple de balais 304 (bien visibles sur la figure 2).
[0048] Chaque couple de balais 304 est relié à une entrée et une sortie du contacteur 1.
[0049] Chaque balai 304 comprend une face de contact 305. La face de contact 305 du balai 304 est configurée pour frotter contre le collecteur 300. Le couple de balais 304 constitue un contact du contacteur 1 . Le contacteur 1 peut comporter plusieurs couples de balais 304 permettant de commuter plusieurs lignes avec le même collecteur 300. Huit couples de balais (soit seize balais) sont représentés sur les figures 1 et 2, mais bien entendu le dispositif à balais peut comporter un nombre différent de balais. Le nombre de couple de balais est fonction du nombre de contacts souhaité.
[0050] Les balais 304 sont réalisés par exemple à base de carbone.
[0051] Le dispositif à balais 301 comporte également au moins un porte-balais 306 et un support 307. Le dispositif à balais 301 comporte ici huit porte-balais 306.
[0052] Chaque porte-balais 306 permet de loger un couple de balais 304. Le porte- balais 306 comprend deux cages 308. Chaque cage 308 est configurée pour recevoir l’un des balais 304.
[0053] Le porte-balais 306 est monté sur le support 307. Le support 307 présente une forme annulaire. Le support 307 s’étend autour du collecteur 300. Le support 307 est orthogonal à l’axe de rotation X.
[0054] Le support 307 comprend une plaque électriquement conductrice, par exemple en acier.
[0055] Dans l’exemple représenté, les cages 308 du porte-balais sont disposées de part et d'autre du support 307. Chaque couple de balais 304 est l’un au-dessus de l’autre, dans le sens axial par rapport au collecteur 300. Les couples de balais 304 sont disposés autour du collecteur 300.
[0056] Alternativement, les cages 308 peuvent être disposées circonférentiellement l’une à côté de l’autre. Chaque couple de balais 304 est l’un à côté de l’autre autour du collecteur 300. Par exemple, les cages 308 peuvent être disposées d'un même côté du support 307.
[0057] Chaque cage 308 reçoit au moins un ressort (non représenté). Le ressort est configuré pour pousser le balai 304 contre le collecteur 300. Le ressort exerce en permanence une force sur le balai tendant à pousser le balai contre le collecteur. Un bon contact des balais avec le collecteur est ainsi assuré.
[0058] Grâce aux ressorts, les balais 304 sont dits préchargés. Les balais 304 restent en contact même en présence de chocs, vibrations, ou accélérations. Le système collecteur-balais étant utilisé dans des applications fonctionnant en rotation prolongés à des vitesses relativement élevées (de l’ordre de 50 m/s), le couple de frottement des balais sur le collecteur restera relativement faible.
[0059] Le dispositif à balais 301 est configuré pour être fixé au bâti (non représenté) du contacteur 1 .
[0060] Le contacteur 1 comporte en outre au moins une pièce de butée 4. La pièce de butée 4 est configurée pour limiter la rotation du moteur 2.
[0061] La pièce de butée 4 est assemblée d’une part au bâti (non représenté) et d’autre part au rotor 201 .
[0062] La pièce de butée 4 comprend un élément d’assemblage 401 configuré pour coopérer avec un élément d’assemblage complémentaire 202 formé dans le rotor
201.
[0063] Dans l’exemple illustré, l’élément d’assemblage 401 est un doigt. L’élément d’assemblage complémentaire 202 est une entaille. L’entaille 202 est configurée pour recevoir le doigt 401 . Le doigt 401 est configuré pour se déplacer dans l’entaille
202.
[0064] Selon une variante, l’élément d’assemblage peut être une entaille et l’élément d’assemblage complémentaire un doigt. [0065] La pièce de butée 4 comprend ici une plaque 402 prolongeant orthogonalement l’élément d’assemblage 401. La plaque 402 comprend un trou 400. Le trou 400 présente une forme oblongue.La plaque 402 permet la fixation de la pièce de butée 4 au bâti. La pièce de butée est par exemple fixée au bâti au moyen d’une vis insérée dans le trou 400. La forme oblongue du trou 400 permet d’ajuster la position de la pièce de butée 4 par rapport au bâti. Le contacteur 1 comporte ici une pièce de butée 4. Dans une alternative, le contacteur 1 peut bien entendu comporter plusieurs pièces de butée 4.
[0066] Le rotor 201 peut comprendre plusieurs entailles 202. L’une ou plusieurs des entailles 202 peuvent être configurées pour coopérer avec l’une ou plusieurs des pièces de butée 4. Dans un exemple de réalisation, le nombre de pièces de butée 4 et d’entaille 202 peut être le même. Chaque pièce de butée 4 est alors configurée pour coopérer avec l’une des entailles 202. Dans un autre exemple de réalisation, le nombre d’entailles 202 peut être supérieur au nombre de pièces de butée 4. La ou les pièces de butée sont chacune configurée pour coopérer avec l’une des entailles 202. Les entailles 202 additionnelles, i.e. en sus du nombre de pièces de butée 4, permettent de minimiser le balourd sur le rotor. Si le balourd est suffisamment réduit, l’action de chocs, vibrations, ou accélérations sur le rotor et le collecteur va créer un couple résultant négligeable pouvant être largement compensé par le couple de retenu du moteur. Le collecteur ne bougera pas même en présence de chocs, vibrations, ou accélérations.
[0067] Les entailles 202 peuvent être réalisées symétriquement par rapport à l’axe de rotation X. Le rotor 201 peut par exemple comprendre trois entailles 202 placées chacune à 120° l’une par rapport à l’autre.
[0068] Dans l’exemple des figures 1 et 2, le rotor 201 comprend trois entailles 202 et le contacteur 1 comprend une pièce de butée 4.
[0069] Lorsque le moteur électrique est de type à aimants permanent à débattement limité, la ou les pièces de butées 4 sont positionnées de telle sorte à limiter la rotation du moteur à débattement limité sur une plage opérationnelle du contacteur.
[0070] La figure 5 représente un autre mode de réalisation du contacteur 1 selon l’invention. Dans cet exemple, le collecteur comprend des lames entières 302 et des lames fendues 309. Les lames entières forment les portions conductrices 302. Les lames fendues 309 comprennent deux parties 310. Les deux parties 310 sont par exemple réalisées dans le même matériau que les portions conductrices 302. Autrement dit, les parties 310 sont individuellement des portions conductrices.
[0071] Chaque lame fendue 309 comprend en outre un espace vide 311 entre les deux parties 310. L’espace vide 311 constitue un isolant électrique. Autrement dit, l’espace vide 311 constitue une portion non conductrice 303.
[0072] Dans un autre exemple de réalisation, le collecteur peut comprendre plusieurs portions conductrices séparées entre elles par un espace vide. Les portions conductrices adjacentes peuvent avoir des dimensions différentes. Les portions conductrices adjacentes sont par exemple des lames de largeur différente. Les balais peuvent être disposés circonférentiellement autour du collecteur.
[0073] Le fonctionnement du contacteur est décrit ci-après. La description est faite pour un seul contact et donc un seul couple de balais 304, mais s’applique bien entendu à un nombre supérieur de contacts.
[0074] Le système collecteur-balais 3 est mobile entre une position de conduction et une position d’interruption. Dans la position de conduction, le collecteur 300 connecte électriquement le couple de balais 304. Le contact est ainsi fermé. Dans la position d’interruption, le collecteur 300 isole électriquement le couple de balais 304. Le contact est ainsi ouvert.
[0075] Le système collecteur-balais 3 passe de la position de conduction à la position d’interruption, et inversement, par rotation du collecteur 300 autour de l’axe de rotation X sous l’action du moteur électrique 2. Le système collecteur-balais 3 peut passer de la position de conduction à la position d’interruption par rotation du collecteur 300 selon un premier sens de rotation, et de la position d’interruption à la position de conduction, par rotation du collecteur 300 selon un deuxième sens de rotation opposé audit premier sens de rotation.
[0076] Lorsque le collecteur 300 comporte plusieurs couples de balais 304, le système collecteur-balais 3 possède plusieurs positions de conduction et positions d’interruption. Plus précisément, le système collecteur-balais 3 possède au moins une position de conduction et au moins une position d’interruption associée à chaque couple de balais 304. [0077] Dans la position de conduction, le couple de balais 304 frotte contre une portion conductrice 302, comme visible aux figures 1 et 2.
[0078] La position d’interruption dépend de la construction du collecteur 300. Dans l’exemple illustré aux figures 1 à 3, le collecteur est en position d’interruption lorsqu’une portion non conductrice 303 se trouve en vis-à-vis avec le couple de balais 304. Autrement dit, lorsqu’une portion non conductrice 303 est en contact avec le couple de balais 304, le système collecteur-balais 3 est en position d’interruption. Le collecteur en position d’interruption est représenté à la figure 3.
[0079] Dans un exemple de réalisation, le système collecteur-balais est en position d’interruption lorsque les balais du couple sont chacun en contact avec l’une des portions conductrices 302, les portions conductrices 302 étant isolées entre elles. Les portions conductrices 302 peuvent être isolées entre elle par la présence d’un matériau isolant ou un espace vide.
[0080] Selon une variante, le système collecteur-balais est en position d’interruption lorsqu’une portion conductrice est en contact avec un balai du couple et une portion non conductrice est contact avec l’autre balai du couple.
[0081] Dans l’exemple de réalisation de la figure 5, le système collecteur-balais est dans la position de conduction lorsque les deux balais 304 du couple sont en contact avec une lame entière 302. Le système collecteur-balais est dans la position d’interruption lorsque chaque balais 304 est contact avec une partie 310 de la lame fendue 309.
[0082] Dans le mode de réalisation où les portions conductrices adjacentes présentent des largeurs différentes séparées entre elles par un espace vide, le système collecteur-balais est dans la position de conduction lorsque les deux balais du couple sont en contact avec une même portion conductrice. Le système collecteur-balais est dans la position d’interruption lorsque chaque balai du couple est en contact avec une portion conductrice différente.
[0083] Le contacteur 1 est configuré pour prendre une configuration connectée et une configuration déconnectée. Dans la configuration connectée, le système collecteur- balais 3 est en position de conduction. Le contact formé par le couple de balais 304 et le collecteur 300 est ainsi en état fermé. Dans la configuration déconnectée, le système collecteur-balais 3 est en position d’interruption. Le contact formé par le couple de balais 304 et le collecteur 300 est ainsi en état ouvert.
[0084] Le contacteur 1 passe de la configuration connectée à la configuration déconnectée, et inversement, par rotation du collecteur 300 autour de l’axe de rotation X sous l’action du moteur électrique.
[0085] Le moteur électrique 2 constitue la partie commande du contacteur 1 . Le ou les enroulement(s) constitue le circuit de commande du contacteur 1 . L’alimentation du moteur électrique permet de faire tourner le collecteur afin de créer un contact ouvert ou fermé entre les balais 304.
[0086] Lorsque le contacteur comporte au moins une pièce de butée 4, la pièce de butée 4 peut être positionnée de sorte à limiter la rotation du moteur 2 et donc du système collecteur-balais 3 entre les postions de conduction et d’interruption.
[0087] Lorsque le moteur 2 est un moteur à aimants, il peut être configuré pour obtenir un couple de retenue des aimants aux positions de la ou les pièces de butée 4. Cela permet le maintien en position de conduction ou d’interruption même lorsque le moteur 2 n’est pas alimenté électriquement.
[0088] Le contacteur selon l’invention est particulièrement adapté aux utilisations dans des environnements vibratoires sévères, notamment grâce à son équilibrage. Le contacteur requière en outre une faible puissance pour ouvrir ou fermer le ou les contacts.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Contacteur comportant un moteur (2) électrique et un système collecteur- balais (3), le moteur (2) étant configuré pour être fixé à un bâti et comportant un stator (200) et un rotor (201 ) coaxiaux, le rotor (201 ) étant configuré pour être mobile en rotation autour d’un axe de rotation (X), le système collecteur-balais (3) comportant : un collecteur (300) assemblé au rotor (201 ) du moteur (2) électrique, le collecteur (300) présentant une forme cylindrique et comportant au moins une portion conductrice (302) et au moins une portion non conductrice (303) ; et un couple de balais formé par deux balais (304), lesdits balais (304) étant configurés pour être fixés au bâti et ayant chacun une face de contact (305) configurée pour frotter contre le collecteur (300), ledit contacteur (1 ) étant caractérisé en ce qu’une surface latérale du collecteur (300) comprend ladite au moins une portion conductrice (302) et ladite au moins portion non conductrice (303) du collecteur (300), le collecteur (300) étant mobile en rotation autour de l’axe de rotation (X), le système collecteur-balais (3) étant configuré pour se déplacer entre une position de conduction dans laquelle le collecteur (300) connecte électriquement le couple de balais (304), et une position d’interruption dans laquelle le collecteur (300) isole électriquement le couple de balais (304), au moins une portion conductrice (302) étant en contact avec les balais (304) et aucune portion non conductrice (303) ne s’étend entre les deux balais (304) lorsque le système collecteur-balais (3) est en position de conduction, une portion non conductrice (303) étant en contact avec au moins l’un des balais (304) du couple de balais ou une portion non conductrice (303) s’étend entre les deux balais (304) du couple de balais lorsque le système collecteur- balais (3) est en position d’interruption, le système collecteur-balais (3) passant de la position de conduction à la position d’interruption, et inversement, par rotation du collecteur (300) autour de l’axe de rotation (X) sous l’action du moteur (2) électrique.
2. Contacteur selon la revendication 1 , dans lequel une même portion conductrice (302) est en contact avec les deux balais (304) du couple de balais lorsque le système collecteur-balais (3) est en position de conduction, et au moins une portion non conductrice (303) est en contact avec au moins un balai (304) du couple de balais lorsque le système collecteur-balais (3) est en position d’interruption.
3. Contacteur selon la revendication 1 , dans lequel le collecteur (300) comprend au moins deux portions conductrices (302, 310), un espace vide (311 ) séparant deux portions conductrices (302, 310) adjacentes, ledit espace vide (311 ) formant ladite au moins une portion non conductrice (303), les portions conductrices (302, 310) adjacentes étant chacune en contact avec l’un des balais (304) du couple de balais lorsque le système collecteur-balais (3) est en position d’interruption.
4. Contacteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel ladite au moins une portion conductrice (302) est en cuivre et ladite au moins une portion non conductrice (303) est en matériau plastique.
5. Contacteur selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le rotor (201 ) s’étend autour du stator (200), le collecteur (300) étant monté sur une surface latérale du rotor (201 ).
6. Contacteur selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le stator (200) s’étend autour du rotor (201 ), le moteur (2) comportant un arbre (205) sur lequel est monté le rotor (201 ), le collecteur (300) étant monté sur ledit arbre (205).
7. Contacteur selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le moteur (2) est moteur à aimants à débattement limité.
8. Contacteur selon l’une des revendications 1 à 7, comportant une pièce de butée (4) configurée pour être assemblée au bâti, la pièce de butée (4) comprenant un élément d’assemblage (401 ) configuré pour coopérer avec un élément d’assemblage complémentaire (202) formé dans le rotor (201 ).
9. Contacteur selon l’une des revendications 1 à 8, comportant plusieurs couples de balais chacun formés par deux balais (304).
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