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Perfectionnements aux'dispositifs de passage de courant électrique- ' entre une pièce conductrice tournante et une pièce conductrice fixe.'
La présente Invention concerne un dispositif pour établir un passage de courant électrique entre une pièce fixe, d'une part et une pièce tournante d'autre part, qui peut être légèrement ex- centrique par rapport à son axe de rotation théorique et qui peut aussi être sujette à des vibrations transversales. Par exemple, le dispositif, qui peut aussi être réalisé de façon à permettre un cer- tain degré de déplacement axial relatif des pièces sans affecter le passage du courant électrique, pourrait être utilisé entre le ro- tor d'un alternateur électrique et une borne d'alimentation fixe.
Des contacts à liquide conducteur servant à établir un pas- sage de courant électrique entre une partie fixe et une partie tour- nante sont bien connus et présentent certains avantages, tels qu'une faible résistance de contact, par rapport à d'autres dispositifs, comme les bagues collectrices associées à des balais. Cas contacts
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liquidât, qui utilisent couramment du mereure comme liquide con- ducteur, ont cependant l'inconvénient que le meroure ou autre liquide utilisé doit tire enfermé à l'aide de bourrages hermé- tiques qui ne permettent guère des mouvements transversaux et axiaux des parties rotatives par rapport à la partie fixe.
Leur utilisation a donc été limitée et il n'a pas été possible en prati- que d'utiliser, par exemple, des contacts à liquide conducteur pour établir un passage de courant électrique entre le rotor d'un alter- nateur tournant à grande vitesse et une borne fixe, à cause de la difficulté de faire en sorte que l'arbre du rotor n'ait aucune ex- centricité notable et soit exempt de déplacements axiaux.
Dans le but de pouvoir utiliser un contact à liquide con-' ducteur dans de telles circonstances, l'invention procure un dispo- sitif pour établir un passage de courant électrique entre une pièce tournante et une pièce fixe, caractérisa en ce qu'il comprend une partie tournante délimitant une chambre annulaire coaxiale avec 1' axe de rotation et comportant une entiés annulaire par laquelle une partie fixe pénètre dama cette chambré avec un jeu suffisant pour admettre le degré de jeu à prévoir, cette chambre étant agencée de façon à contenir une quantité de liquide conducteur suffisante pour que la partie fixe soit partiellement immergée lorsque le li- quide conducteur est obligé par la rotation de la partie tournants de se ramasser en un anneau à l'intérieur de la chambre.
Suivant l'invention, la partie fixe peut comporter, sur sa partie pénétrant à l'intérieur de la chambre, des saillies annulai- res qui recouvrent l'entrée de la chambre et servent à empêcher toute perte du liquide conducteur qui est projeté pendant la courte période transitoire au cours de laquelle la pièce tournante est ac- célérée de l'arrêt à sa vitesse maximum.
Afin de bien faire comprendre l'invention et son mode de fonctionnement, on se référera ci-après aux dessins annexas dans les- quels!
La figure 1 représente une vue en perspective, partie en
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coupe, d'un dispositif suivant l'invention, et
Les figures 2 et 3 sont des coupes axiales suivant des plans décalas angulairement d'un autre dispositif suivant l'inven- tion.
Les deux dispositifs pourraient être utilisés entre l'en- roulement de rotor d'un alternateur électrique et une borne fixe d'alimentation.
Sur la fig. 1, une pièce annulaire 1, montée coaxialement sur un arbre 2 avec un intercalaire isolant 3, est reliée électri- quement, à l'aide d'une connexion 4a et d'un conducteur 4b, eu plus intérieur de deux conducteurs coaxiaux 5 et 6 qui traversent axiale- ment l'arbre 7 et sont reliés aux extrémités opposées d'un enroule- ment de rotor (non représenté). Les conducteur 5 et 6 sont isolés entre eux et par rapport à l'arbre 2 par un isolant 7. La pièce annulaire 1, qui est creuse,
délimite une chambre annulaire 8 ayant une section transversale de forme générait rectangulaire dont une paroi 10 est parcée d'une entrée annulaire 9 par laquelle une partie 12 d'une pièce annulaire fixe 11 pénètre dans la chambre 8. La par- tie 12 a une section transversale cruciforme, les branches 23 de la croix recouvrent le face intérieure de la paroi 10 de part et d'au- tre de l'entrée 9. Afin de faciliter l'assemblage la pièce 1 peut avantageusement se.composer de deux parties annulaires la et lb réunies au moyen d boulons 13 et d'écrous 14.
La face intérieure de la paroi annulaire extérieure 15 de la chambre 8 présente une rainure circontérentielle 16 qui, lorsque la pièce annulaire 1 est en deux parties la et lb comme représenté, peut avantageusement être constituée par des parties.on gradin correspondantes 17 et 18. La partie 12 de la pièce annulait ; 11, qui est attachée à une borne d'alimentation fixe 19 à l'aide de boulons 20, par exemple, passe dans la chambre 8 par l'entrée 9 avec un jeu suffisant pour permettre le mouvement axial à prévoir de la pièce annulaire 1.
L'extrémité la plus intérieure de la partie 12 dans la chambre pénètre dans la rainure circontérentielle 16 dont
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la profondeur et la largeur sont calculées de façon à admettre les mouvements radieux et axiaux à prévoir de la pièce 1. Les bras 23 de la partie cruciforme 12 de la pièce 11, de contour annulaire et s'étendant axialement, t'arrêtent à une courte distance des parois d'extrémité de la chambre 8 de façon à laisser un jeu suffisant pour permettre le mouvement axial à prévoir de la pièce 1, ces bras 23 étant pourvus de rebords 24 dirigés à l'opposé de la pa- roi recouverte 10 de la chambre 8.
En usage, la chambre 8 contient une quantité d'un liquide conducteur comme le mercure qui, lorsque la pièce 1 est immobile, remplit la chambre 8 jusqu'à un niveau indiqué par la ligne en traits interrompus 25. Le mercure, venant d'un réservoir extérieur (non représenté) peut être Introduit par un tube 26 qui traverse la pièce 11 dans un plan en substance ho- rizontal passant par l'axe de rotation et aboutit à une étroite rainure circonférentielle 27 entourant l'extrémité intérieure de la partie 12. Un tube semblable au tube 26, communiquant aussi avec la rainure 27 mais en un endroit diamétramment opposé, peut être raccordé de façon à renvoyer le mercure dans le réservoir.
Tout l'ensemble peut être entouré d'un couvercle de protection (non re- présenté) dont l'intérieur, 8'il le faut, peut être ventilé de manier re à évacuer toute vapeur de mercure qui pourrait s'échapper de la chambre 8.
Quand l'arbre 2 et la pièce 1 tournent à grande vitesse, le mercure est forcé à se ramasser en un anneau tournant plat dans la rainure circonférentielle 16 sous l'effet de la force centrifuge créée par la rotation, de sorte que la périphérie de la partie 12 baigne dans le mercure. Les bras 23 servent de pare-éclaboussures de façon à empêcher le mercure de sortir de la chambre 8 pendant la courte période transitoire au cours de laquelle la pièce 1 accélère de l'arrêt à sa vitesse de régime.
Un peu de mercure peut cependant s'échapper entre les rebords 24 et les parois d'extrémité voisinât
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de la chambre 8, et il est souhaitable de pouvoir évacuer ce mercu- re. A cet effet,la surface extérieure 28 de la paroi 10 présente plu lieur. rainures circonférentielles 29 où se ramasse tout le mercure qui tombe entre cette paroi 10 et la surface adjacente de la pièce fixe 11. Ces rainures 29 communiquent avec des canalisations 30 qui traversent axialement la paroi 10 et communiquent à leur tour avec la chambre 8 par une rainure circonférentielle 31 pratiquée dans la surface inférieure de la paroi 10.
Par conséquent, le mercure re- cueilli par Les rainures 29 est obligé, par la force centrifuge, de pénétrer dans les canalisations 30 d'où il passe à la rainure 31 pour se décharger dans la chambre 8 au delà des rebords 24.
La différence de pression entre le mercure se trouvant dans les deux tubes 26, provoquée par la rotation, donne lieu à un phénomè- ne de pompage automatique et de circulation du mercure dans le réservoir qui peut être associé à un dispositif déversoir servant à séparer les oxydes et les impuretés du mercure.
En pratique, un second ensemble de pièces annulaires 1 et
11 doit être prévu pour établir une connexion entre le conducteur extérieur 6 et une borne fixe supplémentaire (non représenté). Cet . ensemble doit occuper une partie de l'arbre 2 dans le dispositif représenté, sans devoir occuper le bout extrême de l'arbre 2 qui peut être laissé libre pour d'autres applications.
Quand l'arbre 2 et la pièce 1 tournent à grande vitesse, un chaleur considérable peut être produite à la périphérie des parties
12, 17, et un système de refroidissement à l'eau peut être prévu s'il le faut. A cet effet, des canalisations circonférentielles de refroidissement 32 peuvent être prévues à la périphérie de la par- tie 12, et l'eau peut être amenée & ces canalisations 32 par une ca- nalisation 33 qui traverse radialement la partie 12, et communique avec une autre canalisation 34 qui traverse axialement la pièce 11 et est alimentée par un tuyau isolent 35. L'eau peut être déchar- gée par des canalisations 33 et 34 semblables, occupant une position angulaire différente.
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Les titrée 2 et 3 des dessine annexés représentent une forme d'exécution de l'invention comportant un refroidissement à l'eau des parties tournantes. La pièce annulaire 1 est montée coaxi-
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---lement-1Sur¯l'arbre 2 avec un Intercalaire Isolant 3 cozuae précé- demment mais, cette fois, l'arbre 2 est pourvu d'un alésage central 40 par où l'eau passe. Cet arbre 2 peut, par exemple, constituer l'arbre ou un prolongement de l'arbre d'un alternateur dont le ro- tor et l'enroulement de rotor sont refroidis à l'eau, cette eau de refroidissement étant amenée par l'arbre 2.
La connexion élec- trique entre la pièce annulaire 1 et, par exemple, une extrémité dun enroule lent de rotor est établie cette tolu par un conducteur creux 41 (voir figure 2) qui traverse un trou longitudinal 42 de l'arbre 2 et qui est maintenu contre l'arbre, à l'extérieur du trou 42, par des blocs isolants 43, 44, 45 et 46 qui sont solidaires de
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l'arbre 2.On passage de rerro1diseent 47, qui pénètre dans la pie- ce annulaire 1, communique avec le conducteur creux 41 et avec une rainure 48 pratiquée dans la paroi extérieure de la pièce 1.
La rai
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nuire 48 intarsecte plusieurs rainures ciraon férentie3l.es 49 prati- quées dans la paroi extérieure de la pièce 1, ces rainures 49 et 48 constituant, en fait, des canalisations grâce à une enveloppe annu- laire 50 qui s'applique sans jeu autour de la surface extérieure de la pièce 1. Des joints hermétiques comme 51, logés entre l'enve- loppe 50 et la pièce 1, empêchent l'eau de s'échapper des extré- mités axialement opposées de cette partie de l'enveloppe 50.
Une partie annulaire 52 de l'enveloppe 50 s'étendant axialement sert à serrer les blocs isolants 43-46 sur l'arbre 2.
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Cozame la figure j le montre plus spéciale:ent, l'eau pé- nètre dans les rainures 49 par une rainure 54 qui les coupe et qui communique avec un passage 53 traversant la pièce 1. Un tuyau iso- lent 55, connecté entre la canalisation 53 et une canalisation 56 traversant radieleuent l'arbre 2 jusqu' Ci l'aidsage 40, fait passer l'eau de l'alésage 40 dans le passade 53. L'eau se décharge par une
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rainure 8,un passage 59, un tuyau Isolant 60 et un passage 61, le tout situé en un point diamétralement opposé tout en communiquant' avec un trou longitudinal 62 qui est parallèle à l'alésage 40.
L'eau est amende dans le conducteur creux 41 (voir figure 1) par la! rainure 48 et le passage 47 qui occupent, dans la pièce 1, une posi- tion angulaire voisine de celle de la rainure 53 et de la canalisa- tion 54. De cette manière, l'eau peut circuler et refroidir le con- ducteur 41 sur toute sa longueur, ce conducteur établissant la con- nexion électrique à une extrémité de l'enroulement de rotor.
Dans un dispositif complémentaire que l'on utiliserait pour établir la connexion électrique (ainsi que la circulation d'eau) à l'autre extrémité de l'enroulement de rotor, le passage 47 et la rainure 48 occuperaient une position diamétralement opposée à celle représentée (c'est-à-dire une position angulaire dans la pièce 1 voisine de celle de la canalisation 58 et de la rainure 59) et feraientpasser l'eau revenant de l'enroulement de rotor dans les rainures 49. Un tel dispositif complémentaire occuperait une par- tie de l'arbre 2 dans le dispositif représenté.
Dans le cas de machines de grand diamètre tournant à gran- de vitesse, la pièce annulaire 1 est, de préférence, en acier, la partie constituant la rainure circontérentielle 16 étant nickelée puis rhodiée. La pièce ennulsire 11 est, de préférence, en cuivre nickelé à haute conductibilité et au moins l'extrémité de la partie cruciforme 12 sera rhodiée pour améliorer le contact électrique avec le mercure. Dans le cas de collecteurs de courant tournant à des vi- tesses relativement lentes et produisant donc moins de chaleur, les pièces 1 et 11 peuvent être en acier inoxydable. Dans ce dernier cas, une petite quantité d'un métel soluble dans le mercure, du cuivre par exemple, peut être ajoutée au mercure sous forme de poussière afin de réduire la chute de potentiel sur la surface de contact de leader inoxydable.