Collecteur pour machines dynamoélectriques. La présente invention concerne un collec teur pour machines dynamo-électriques com prenant une couronne de barres formant tam bour avec -des encoches à leurs extrémités et deux anneaux en V pour serrer les barres -en position, l'un -de ces anneaux étant pressé de façon élastique sur lesdites barres par un res sort annulaire.
Le but de ,l'invention est de construire un collecteur qui peut se dilater et se con tracter sans subir de déformation inégale.
Dans le collecteur suivant l'invention, la section transversale du ressort va en -dimi nuant vers l'intérieur en direction radiale, et le ressort est monté dans le corps du collec teur, .de telle manière que, lorsque les barres sont serrées en position, le ressort annulaire soit bandé par des forces axiales exercées par un dispositif de retenue,
ces forces étant ré parties uniformément autour -des périphéries intérieure et extérieure -du tambour. Une forme -d'exécution -de l'objet -de l'in vention est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une partie d'un moteur avec le collecteur; La fig. 2 est une vue en plan d'une des barres de collecteur; La fig. 3 en montre une élévation en bout;
La fig. 4 est une coupe d'une partie du ressort -en rondelle, et La fig. 5 montre une variante -de détail. Sur .la fig. 1,,on a représenté le collecteur d'un moteur .de traction monophasé ayant une pièem de stator 6 et un induit 7, ce dernier étant relié .à un cylindre de collecteur 8 monté sur un moyeu à nervures 9 fixé sur l'arbre 10. Des balais 12 coopèrent avec le cy lindre -de collecteur 8 @de la manière usuelle.
Le moteur comporte un bâti 14 dans le som met duquel l'air de ventilation est introduit à l'extrémité :de collecteur du moteur, comme indiqué par la flèche 15, l'induit étant ven tilé au moyen d'air aspiré à travers le moyeu du collecteur 9 comme indiqué par la flè che 16.
Le cylindre .de collecteur 8 comporte un grand nombre de barres de cuivre de section cunéiforme 18 munies d'encoches 19 en forme de V .à leurs extrémités, et ces barres sont maintenues .en place au moyen -de -deux an neaux profilés en V 20 et 21 recouverts de gaines annulaires @de mica 22 profilées en V. L'anneau en V 20 -du moteur représenté est solidaire du moyeu de collecteur 9, tandis que l'an-eau en V 21 -est un anneau amovible monté sur la couronne cylindre 23 du moyeu, sur laquelle est placé le cylindre collecteur.
L'aneau en V 21 est maintenu en place au moyen d'un ressort annulaire solide 24 qui .est mis en place au moyen d'un outil appliqué comme indiqué en traits pointillés en 25, avant l'assemblage du moyeu -de collecteur sur l'arbre @de l'induit, .et est ensuite retenu à sa position rentrée au moyen d'une douille filetée,de serrage 26, dont un épaulement est en prise'avec la périphérie intérieure -du res sort annulaire; tandis que la périphérie exté rieure de pelui-ci -est -en prise avec l'anneau en V<B>21.</B>
La section transversale du ressort annu laire va en diminuant vers l'intérieur en di rection radiale, la diminution étant telle que l'épaisseur -du ressort annulaire en un point quelconque est proportionnelle à la distance de ce point -de l'axe,du ressort annulaire. Au cun ressort ne peut être tendu jusqu'à un point où une portion quelconque de la matière du ressort est soumise à un effort plus grand que l'effort maximum admissible.
Dans le ressort annulaire à section cunéiforme décrit, chaque partie des deux faces du ressort su bit un effort de pratiquement la même gran deur et -de préférence, aussi près que possible de l'-effort maximum admissible, -de façon .que l'on obtienne l'action de ressort maximum ou la valeur de -déformation maximum du ressort pour toute force -de ressort totale don née et pour tout espace disponible dans. le quel le ressort peut être placé.
On obtient par ce moyen une flexibilité à peu près deux fois plus grande qu'avec une rondelle-ressort d'une section transversale uniforme.
Afin de donner une idée plus précise des dimensions employées, on a représenté un collecteur d'un moteur à collecteur à 25 pé riodes pour le -service de traction avec un dé bit #.ntinu de 230 HP et -d'un débit de 275 HP par heure, ayant une vitesse maxi mum :d'environ 3000 mètres par minute à la périphérie,ducylindre collecteur. Le cylin dre collecteur est composé -de 228 barres et présente à -sa surface de contact un diamè tre de 48 cm. Le ressort annulaire présente un diamètre extérieur .de 39 cm et un diamè tre intérieur de 28 cm et son épaisseur est de 3,38 -cm à sa périphérie extérieure.
Il pré sente une flexion -de 2,4 mm sous l'action d'une pression d'assemblage de 70000 kg, à laquelle pression la matière du ressort subit un effort de 7000 kg par cm. La flexion du ressort annulaire devra être au moins de 0,014. mm par 1000 kg de pression -de res sort, et, -de préférence, plusieurs fois plus grande que le fléchissement inhérent des an neaux en V du collecteur. Le ressort annu laire particulier susdécrit a. une flexibilité de 0,036 mm par 1000 kg.
Grâce à l'emploi d'un pareil ressort an nulaire, au lieu de l'ancienne construction clé collecteur avec des boulons d'as.semblage qu'on utilisait antérieurement sur un moteur de traction tel que celui représenté à la fig. 1, on obtient non seulement une aire .de 309o' plus grande au-dessous du cylindre de collecteur pour le passage .de l'air de venti lation, mais le collecteur aura une flexibilité exactement 9@ fois plus grande que celle de l'ancienne construction boulonnée, tout en éliminant en même temps les défauts méca niques -de l'ancien collecteur, tel que la.
répar tition non-uniforme des forces sur la périphé rie des anneaux en V et le défaut dû au man que d'un affinage convenable.
En fig. 5, on a représenté une forme d'exécution englobant une disposition parti culière du ressort annulaire sur un collecteur, dans laquelle le ressort annulaire 24 -et sa douille filetée de retenue 26a sont placés à l'extrémité avant -du collecteur, au lieu de l'être à l'extrémité arrière.
Il est avantageux que l'organe de rete nue tel que,.la douille filetée 26 ou la douille filetée 26a, ou leur équivalent pour maintenir la périphérie intérieure du ressort annulaire à sa position bandée, soit un anneau lisse -qui exerce sur la périphérie intérieure du ressort annulaire une pression qui est pratiquement uniforme sur toute la périphérie, ,de façon à éviter la. transmission .de pressions inégales sur différentes parties de la périphérie de l'anneau en V.
Les barres de collecteur sont en cuivre dur, et pour leur fabrication, il convient de travailler le métal à froid pour le rendre .dur de ce fait et lui donner une grande solidité superficielle, de sorte que les barres tendent à s'onduler et se refusent @de rester droites. Pour éliminer cette tendance, en particulier dans les plus grandes barres, on emploiera tout moyen convenable pour .diminuer cette tension de surface, tel que la ,disposition -de dents aux faces des barres de collecteur, ou l'aménagement -de trous dans les barres, cette dernière solution étant préférable parce que le poids du cuivre se trouve être réduit ainsi et @qu'on réalise -donc une -économie -de cuivre.
Ainsi, on a représenté à la fig. 5 un collec teur composé de barres ayant un certain nom bre de perforations 30.
Le collecteur avec ressort annulaire peut être à assemblage @en V ou en arc. La diffé rence entre l'assemblage en V et l'assemblage en arc n'est pas représentée au ,dessin, et elle est -déterminée par le procédé ,d'assemblage des parties du collecteur, -en particulier en choi sissant l'épaisseur exacte -des pièces interca laires en mica entre les barres de collecteur.
Dans la plupart .des -cas, on emploie un -col lecteur à assemblage en<B>V,</B> dans lequel en viron 75 % de la pression de ressort sont reçus, dans la pression d'assemblage, d'où résulte que les encoches en V aux ex trémités -des barres s'ouvrent légèrement, tandis qu'environ 25 % de la pression .de res sort sont reçus lors d'une pression à arc ré- sultant d'un assemblage en arc entre des bar res -de collecteurs adjacentes.
Il est très bien réalisable, grâce à la construction décrite, d'utiliser un collecteur avec<B>100%</B> d'assem blage -en arc, et bien qu'un collecteur de ce type n'ait pas encore été soumis à des essais aussi complets que ceux auxquels on a sou mis des collecteurs à assemblage en V ave;- ressort annulaire, il est probablement supP- rieur au collecteur à assemblage en V, au moins -dans bien des cas.
Il est à noter que la grande flexibilité et la pression uniforme du ressort annulaire ré duisent l'influence des dilatations et contrac tions thermiques, contrairement aux ancien nes constructions dans lesquelles ces dilata tions et contractions présentaient un pro blème assez sérieux, en particulier dans les cas où l'air .de ventilation passait au-dessous du moyeu du collecteur, de façon qu'il était relativement froid. En effet, tout surchauf- fement du collecteur pouvait entraîner une déformation de celui-ci et la nécessité .de le repasser à la meule ou au tour dans les cons tructions antérieures.
Dans le collecteur avec ressort annulaire. on peut, par conséquent, tolérer des tempé ratures plus élevées. Du cuivre qui a- été étiré à froid pour le durcir, perd sa dureté à différentes températures critiques dont on peut prendre<B>110</B> C .comme moyenne, ce qui dépend de la mesure â laquelle la section transversale du cuivre avait été réduite pen dant l'action d'étirage ou de laminage utili sée pour produire la .dureté ,du cuivre.
Afin d'éliminer cette limitation de tempé rature du cuivre, ce qui a été rendu possible par l'introduction de la construction avec res- sort annulaire, on peut, dans certains cas. avoir recours, pour les barres -du collecteur, à. différents alliages .de cuivre qui sont à même de conserver leur .dureté à des températures plus élevées. A cet effet, il semble que la. ma tière la plus appropriée est un alliage de cuivre et de cadmium, qui comprend au moins<B>90%</B> de cuivre. le reste étant -du cail- mium, la teneur en cuivre étant de préfé rence de 95 à 97 %.
Les avantages du ressort annulaire s'ac cusent plus particulièrement dans un collec teur à. affinage automatique, -dans lequel l'ac tion de polissage des balais est suffisante pour maintenir une surface lisse du collec teur pendant l'affinage. La construction .du ressort annulaire est toutefois également ap plicable à un procédé de fabrication, ,dans le quel le collecteur est affiné plus. ou moins dans la fabrique avec une ou plusieurs opé rations de repassage avant -de l'expédier à l'emploi.
Dans le procédé .de construction usuel des collecteurs, ceux-ci sont recuits après l'as semblage, avant d'être montés sur l'induit, et de nouveau lorsqu'on recuit l'induit en entier. De plus, il est ordinairement néces saire de repasser le collecteur à nouveau après avoir soudé les conducteurs du collec teur aux épaules de collecteur.
On a trouvé que ces traitements thermiques et ce repas sage répété, qui sont effectués au courant du procédé de fabrication normal,des collecteurs, sont tout à fait suffisants pour bien des .constructions .du nouveau collecteur avec res sort annulaire, et également -dans la construc tion préférée, en particulier pour l'application générale aux moteurs de traction.
Dans ces grandes constructions spéciales qui demandent un traitement d'affinage ul térieur avant l'expédition de la machine ,dynamo-électrique; le collecteur décrit pré sente des avantages en ce sens que son emploi élimine toute ou presque toute nécessité de reserrer le collecteur pendant le traitement d'affinage.
De plus, le dispositif de -serrage à ressort conserve sa pression -de serrage sur les anneaux en V avec une valeur maximum pratiquement uniforme pendant le traitement d'affinage, de façon que ce traitement se trouve considérablement accéléré, d'où ré sulte une économie considérable en considé ration des frais élevés d'affinage prélimi naire des collecteurs qui s'élèvent souvent à 25 % du prix total de la machine dynamo- électrique. En outre, que le collecteur soit affiné ati préalable ou à affinage automati que en service,
il permet d'obtenir une cons- truction mécanique plus parfaite en exerçant une pression uniforme d'une manière qui per met aux anneaux en<B>V</B> de se :déplacer sans desserrer ou déformer les barres -de .collec teur.
Dans la .construction de collecteurs pour machines dynamo=électriques il est d'usage d'essayer de rendre la pression de serrage agissant sur les anneaux en V au moins égale à la force centrifuge horizontale entre les barres de collecteur et l'angle .de 30 aux faces inférieures des anneaux en V, de façon que, lorsque la vitesse maximum est atteinte, il ne se produit plus de mouvement ales barres de collecteur.
Jusqu'à présent, cette condition d'êtanchéité désirable des barres,de -collecteur n'a pas été conservée par suite de l'affinage du collecteur, mais on a cherché :à l'obtenir dans les constructions primitives 4e collec teurs, dans lesquelles on a employé des pres sions de serrage pour l'assemblage des an neaux en V quatre à dix fois plus grandes que la composante horizontale de cette force centrifuge.
En général, le collecteur est d'un avan tage particulier dans les constructions dans lesquelles la pression de serrage nécessaire des anneaux en<B>V</B> est d'au moins 40 tonnes, ou dans lesquelles la vitesse périphérique clu collecteur est d'au moins 2000 mètres par minute.
Dans les moteurs .de traction, il est pré férable de rendre la pression :de serrage élastique environ 11/2 à 2 fois plus grande que la -composante horizontale de la force cen trifuge à la vitesse d'emballement maximum du .moteur. En fixant les dimensions du col lecteur, les sections transversales du cuivre seront choisies de façon qu'à la fin -du traite ment d'affinage, aucune section du cuivre ne soit soumise à un excès d'effort allant jus qu'au point où il se produira,
une condition plastique. Il est indiqué d'utiliser un ressort annulaire pouvant résister à un effort initial légèrement plus élevé que l'effort de travail désiré agissant sur les anneaux en V, en cal culant la pression de ressort initiale en dé pendance de la valeur totale d'affinage à at- tendre, de façon que .la pression de ressort atteindra la valeur exacte par rapport à la force centrifuge à la fin du traitement d'af finage.
Un avantage important -du -collecteur<B>dé-</B> crit est celui qu'elle permet de conserver une pression,d'assemblage dans le collecteur pra tiquement constante .lors. .des ,dilatations et contractions se produisant pendant le service. Un collecteur ordinaire en cuivre s'allongera de 0,001 -cm par -cm -de longueur entre des points de gabarit pour une augmentation .de température de 70 C.
Dans le moteur parti culier susdécrit, :ceci produirait une variation de 40% entre les pressions maximum et mi-' nimum agissant sur les anneaux en V .dans l'ancienne construction susmentionnée d'un collecteur boulonné et -de 4% au maximum pour le collecteur à ressort susdécrit, ou seu lement un écart,de 2 % de la valeur moyenne de pression. En général, il est préférable de maintenir cet écart -de la moyenne dans au moins _ 5 %.