Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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JOINT TOURNANT ELECTRIQUE HAUTE TENSION
La présente invention concerne les joints tournants électriques et plus
particulièrement les joints tournants électriques haute tension.
Un joint tournant électrique, aussi appelé un collecteur électrique
tournant ou encore un swivel électrique, est un dispositif
électromécanique
utilisé pour transférer de l'électricité entre deux parties mobiles l'une par
rapport
à l'autre (une partie étant considérée fixe ou géostationnaire et l'autre
rotative).
Le principe général d'un tel dispositif repose sur la mise en oeuvre de
pistes conductrices circulaires coopérant avec des blocs frotteur mobiles afin
d'établir des liaisons électriques, typiquement selon plusieurs phases
électriques.
Les joints tournants électriques sont couramment utilisés en robotique,
notamment sur les lignes de production.
Ils sont également utilisés dans des applications plus spécifiques, par
exemple en mer pour établir un lien électrique entre un équipement sous-marin
et un navire.
La figure 1 illustre un tel exemple d'utilisation. Comme illustré, un joint
tournant électrique 100 est ici utilisé à bord d'un navire 105 pour établir
une
jonction électrique entre un câble 110 relié à un système électrique sous-
marin
(non représenté) et un câble 115 relié à un système électrique du navire 105.
Dans une telle application dite offshore , le joint tournant électrique
est généralement un joint tournant électrique haute tension utilisé pour des
tensions supérieures 1 500 V en courant continu ou 1 000 V en courant
alternatif,
permettant le transfert d'une puissance électrique importante entre une
structure
fixe reliée au sol marin et une partie mobile telle qu'un navire flottant de
production, de stockage et de déchargement (ou FPSO, sigle de Floating
Production, Storage and Offloading vesse! en terminologie anglo-saxonne).
Les joints tournants électriques utilisés dans de telles applications
doivent répondre à des exigences de qualité prédéterminées pour offrir un
certain
niveau de sécurité, notamment dans une atmosphère explosive.
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A ces fins, les joints tournants électriques mis en oeuvre comprennent
généralement une chambre interne à l'intérieur de laquelle sont placés des
pistes
conductrices et des blocs frotteur associés. La chambre interne est remplie
d'un
fluide diélectrique, typiquement de l'huile.
Cette dernière permet d'isoler chaque piste conductrice afin d'éviter la
formation d'arcs électriques avec des pièces conductrices voisines (en général
des pièces métalliques) et de réduire la distance entre les pistes
conductrices.
En effet, la distance minimum entre les pistes conductrices est liée à la
rigidité
diélectrique du milieu dans lequel elles se trouvent, la rigidité diélectrique
de
l'huile pouvant être dix fois supérieure à celle de l'air (sous une pression
standard, par exemple une pression normale d'une atmosphère). Il est rappelé
ici que la rigidité diélectrique d'un matériau s'exprime en kV/mm (kilovolts
par
millimètre) et caractérise le champ électrique maximal qu'il est possible
d'appliquer entre deux électrodes différentes avant qu'il ne se produise un
arc
électrique et donc un claquage.
Cependant, si la rigidité diélectrique de l'huile est bien supérieure à
celle de l'air et permet de réduire de façon significative les distances entre
les
pistes conductrices, ces distances sont également liées à la tension
électrique
aux bornes du joint tournant électrique. Ainsi, pour des hautes tensions, les
joints
tournants électriques sont nécessairement de dimension importante et
nécessitent une grande quantité d'huile. Il en résulte des dispositifs lourds
et
encombrants.
L'invention permet de résoudre au moins un des problèmes exposés
précédemment.
Des modes de réalisation de l'invention concernent un joint tournant
électrique haute tension comprenant :
- une première et une seconde parties, mobiles l'une par rapport à
l'autre et formant une chambre interne fermée, chacune des deux parties
comprenant au moins un connecteur électrique ;
- au moins une piste électrique reliée électriquement à un connecteur
de l'une des deux parties et au moins un bloc frotteur relié électriquement à
un
connecteur de l'autre des deux parties, le au moins un bloc frotteur coopérant
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avec la au moins une piste électrique pour établir un contact électrique, la
au
moins une piste électrique et le au moins un bloc frotteur étant logés dans la
chambre interne fermée ;
la chambre interne fermée étant remplie d'un gaz d'isolation diélectrique
ayant
une rigidité diélectrique supérieure à celle de l'air environnant le joint
tournant
électrique.
Le joint tournant électrique selon l'invention est notamment adapté à
des applications très haute tension, par exemple des applications mettant en
oeuvre des tensions de l'ordre de 180kV.
Il permet en outre une faible fréquence de maintenance liée à la
pollution du fluide dans la chambre interne.
De surcroît, le gaz d'isolation utilisé dans la chambre interne du joint
tournant électrique voit sa rigidité diélectrique augmenter avec la pression.
Par
conséquent, un phénomène d'échauffement et donc de surpression intervenant
à l'intérieur d'un joint tournant électrique améliore la rigidité diélectrique
du gaz
et réduit les risques de claquage.
Selon certains modes de réalisation, le gaz d'isolation électrique a une
rigidité diélectrique supérieure à 40 kV/mm en pression de fonctionnement.
Selon certains modes de réalisation, le gaz d'isolation électrique
comprend au moins l'un des gaz suivants :
- un gaz de la famille des fluoronitriles,
- le hexafluorure de soufre, et
- le trifluoroiodomethane.
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant électrique
comprend en outre au moins un support de connecteur en forme de cylindre dont
une partie intérieure débouche sur la chambre interne fermée, un des
connecteurs électriques étant monté sur le au moins un support de connecteur.
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant comprend en
outre au moins une vanne de vidange et/ou de remplissage montée sur le au
moins un support de connecteur.
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Selon certains modes de réalisation, la au moins une vanne de
vidange et/ou de remplissage comprend un moyen de sécurité pour signaler une
position ouverte.
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant comprend en
outre au moins un conducteur reliant électriquement au moins un connecteur à
au moins un bloc frotteur.
Selon certains modes de réalisation, le au moins un conducteur
maintient le bloc frotteur dans une position prédéterminée
Selon certains modes de réalisation, le joint tournant comprend en
outre au moins un capteur permettant de mesurer des valeurs d'au moins un
paramètre relatif à la qualité du gaz d'isolation diélectrique dont est rempli
le joint
tournant.
Selon certains modes de réalisation, la première partie comprend au
moins une première piste électrique reliée électriquement à au moins un
connecteur électrique de la première partie et au moins une seconde piste
électrique reliée électriquement à au moins un élément de mise à la masse de
la
première partie, et la seconde partie comprend au moins un premier bloc
frotteur
relié électriquement à au moins un connecteur électrique de la seconde partie,
coopérant avec la au moins une première piste conductrice pour établir un
contact électrique, et au moins un seconde bloc frotteur relié électriquement
à au
moins un élément de mise à la masse de la seconde partie, coopérant avec la au
moins une seconde piste conductrice pour établir un contact électrique.
D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention
ressortent de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non
limitatif,
au regard des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1, précédemment décrite, illustre un exemple d'utilisation
d'un joint tournant électrique à bord d'un navire ;
- la figure 2 est un écorché d'un exemple de joint tournant électrique
selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 illustre des propriétés d'un gaz pouvant être utilisé comme
isolant dans une chambre interne d'un joint tournant électrique conforme à
l'invention ;
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- les figures 4 et 5 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale,
respectivement, la partie fixe du joint tournant électrique représenté sur la
figure
2;
- les figures 6 et 7 illustrent une pièce interne et une pièce externe,
respectivement, du corps de la partie fixe du joint tournant électrique
représenté
sur la figure 2 ;
- la figure 8 illustre un exemple d'une piste conductrice de la partie fixe
du joint tournant électrique représenté sur la figure 2 ;
- les figures 9 et 10 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale,
respectivement, la partie mobile du joint tournant électrique représenté sur
la
figure 2;
- figure 11, comprenant les figures 11a, llb et 11c, illustre un exemple
de bloc frotteur vue en perspective, de côté et de dessus lorsqu'il est en
contact
avec une piste conductrice, respectivement ; et
- la figure 12 est une vue en coupe de l'exemple de joint tournant
électrique illustré sur la figure 2.
Les inventeurs ont observé que dans un joint tournant électrique ayant
une chambre interne remplie d'huile diélectrique, comprenant des pistes
conductrices et des blocs frotteur associés, il existe un risque de claquage
ou de
court-circuit qui augmente avec le temps.
Ce phénomène est notamment dû à la pollution de l'huile qui entraine
une diminution de sa rigidité diélectrique. Cette pollution résulte d'une part
de
l'accumulation progressive de multiples particules en suspension dans l'huile,
provenant de l'usure des pièces en mouvement, principalement des frotteurs.
Elle résulte également de l'apparition de décharges électriques partielles
dans la
chambre interne du joint tournant. Elles peuvent être dues, par exemple à la
présence de défauts, de bulles d'air ou de bulles d'eau. Elles consistent en
un
amorçage électrique localisé dans la partie isolante, qui ne court-circuite
pas
entièrement l'isolation. Ces décharges partielles entrainent une dégradation
de
l'huile diélectrique et de sa rigidité diélectrique par carbonisation.
Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, un joint
tournant électrique est pourvu d'une chambre interne fermée comprenant des
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pistes conductrices et des blocs frotteur associés, cette chambre étant au
moins
partiellement remplie avec un gaz d'isolation diélectrique ayant une rigidité
diélectrique supérieure à celle de l'air (pour une même pression), par exemple
une rigidité diélectrique deux fois supérieure à celle de l'air dans des
conditions
de mise en oeuvre similaires.
Le gaz contenu dans la chambre interne est, de préférence, sous
pression, par exemple une pression de quelques bars, par exemple 7 bars. Il
est
choisi de façon à offrir une rigidité diélectrique élevée, par exemple une
rigidité
diélectrique supérieure à 40 kV/mm en pression de fonctionnement (par exemple
7 bars), afin de permettre son utilisation avec des tensions très élevées
et/ou
sous forme de dispositifs compacts.
Il est observé ici qu'un gaz étant par principe volatile, les éventuelles
détériorations engendrées par des décharges électriques partielles, qui
altèrent
les capacités diélectriques du gaz en un endroit donné, ne restent pas
stationnaires. Ainsi, les zones critiques engendrant ces décharges partielles
ont
beaucoup plus de chance de voir le milieu diélectrique environnant renouvelé,
en
comparaison avec l'huile diélectrique. En outre, le gaz ayant une rigidité
diélectrique plus élevée que l'huile, la probabilité d'apparition de décharges
partielles est plus faible.
La figure 2 est un écorché d'un exemple de joint tournant électrique
200 selon un mode de réalisation de l'invention. Comme illustré, le joint
tournant
électrique 200 comprend deux parties 210 et 250, mobiles l'une par rapport à
l'autre. Il est considéré ici que la partie 210 est la partie fixe ou
géostationnaire
tandis que la partie 250 est mobile, typiquement rotative. Bien entendu, la
partie
210 pourrait être mobile et la partie 250 pourrait être fixe.
A titre d'illustration, le joint tournant électrique a ici pour objet de
connecter trois phases électriques. Il comprend ainsi trois connecteurs
référencés 212-1, 212-2 et 212-3 sur la partie fixe (le connecteur 212-1 étant
ici
masqué) et trois connecteurs référencés 252-1, 252-2 et 252-3 sur la partie
mobile. Ces connecteurs peuvent notamment être réalisés, totalement ou
partiellement, en cuivre.
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Il doit être compris que le nombre de connecteurs de la partie fixe et
de la partie mobile peut être inférieur à trois ou supérieur à trois. De même,
le
nombre de connecteurs de la partie fixe peut être différent du nombre de
connecteurs de la partie mobile, un connecteur pouvant être relié à plusieurs
pistes conductrices ou à plusieurs frotteurs ou, inversement, une piste
conductrice ou un frotteur pouvant être relié à plusieurs connecteurs.
Chaque connecteur est monté sur un support de connecteur prenant
ici la forme d'un cylindre coudé. D'autres formes peuvent être envisagées. Les
supports de connecteur sont avantageusement creux et protègent chacun un
conducteur qui est, de préférence, pourvu d'une gaine isolante pour limiter
les
risques d'arc électrique (et/ou améliorer la compacité du dispositif). Ce
conducteur, réalisé, par exemple, totalement ou partiellement, en cuivre, est
relié
électriquement à une piste conductrice ou à un frotteur. Il peut en outre
jouer un
rôle structurel, notamment pour maintenir (ou contribuer au maintien) une
piste
conductrice ou un bloc frotteur dans une position donnée. Il peut s'agir, par
exemple, d'une tige de section ronde ou carrée. Un espace est arrangé entre le
conducteur ou la gaine isolante et la paroi des supports du connecteur. Cet
espace est en communication avec la chambre interne 202 du joint tournant
électrique par l'une des extrémités de chaque support de connecteur. L'autre
extrémité est fermée avec le connecteur correspondant (qui est lié
électriquement au conducteur protégé par le support de connecteur), le
connecteur étant par ailleurs isolé de ce support par une bague isolante.
Ainsi, par exemple, le connecteur 212-3 est monté sur le support de
connecteur 214-3 à l'aide de la bague isolante 216-3. Le connecteur est relié
électriquement au conducteur 218-3 pourvu d'une gaine isolante 220-3. L'espace
222-3 est en communication avec la chambre interne 202. Le support de
connecteur 214-3 est mécaniquement assujetti à la partie fixe 210, par exemple
à l'aide de boulons (non représentés).
Si, pour des raisons de clarté, les connecteurs sont orientés vers
l'extérieur du joint tournant électrique, d'autres orientations peuvent être
utilisées.
En particulier, tous les connecteurs peuvent être orientés dans une même
direction.
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Comme illustré, le joint tournant électrique comprend une chambre
interne 202 dans laquelle sont ici agencés quatre pistes conductrices
assujetties
mécaniquement à la partie fixe 210 ainsi que quatre groupes de blocs frotteur
fixés à la partie mobile 250. Un nombre supérieur ou inférieur de pistes
conductrices et/ou de groupes de blocs frotteur peut être mis en oeuvre.
La chambre interne 202 est remplie avec un gaz diélectrique ayant
une rigidité diélectrique supérieure à celle de l'air ambiant.
Les quatre pistes conductrices ont ici une forme d'anneaux disposés
dans des plans parallèles, à des distances prédéterminées liées à la rigidité
diélectrique du gaz utilisé. Elles peuvent notamment être réalisées,
totalement
ou partiellement, en cuivre.
Un premier ensemble constitué d'une première piste conductrice et
d'un premier groupe de blocs frotteur est utilisé pour établir un lien
électrique
entre des éléments de la partie fixe 210 et des éléments de la partie mobile
250.
II s'agit d'un lien de masse.
Un deuxième ensemble constitué d'une deuxième piste conductrice et
d'un deuxième groupe de blocs frotteur est utilisé pour établir un lien
électrique
entre un premier connecteur de la partie fixe 210 et un premier connecteur de
la
partie mobile 250, par exemple entre les connecteurs 212-1 et 252-1. De même,
un troisième ensemble constitué d'une troisième piste conductrice et d'un
troisième groupe de blocs frotteur est utilisé pour établir un lien électrique
entre
un deuxième connecteur de la partie fixe 210 et un deuxième connecteur de la
partie mobile 250, par exemple entre les connecteurs 212-2 et 252-2. De façon
similaire encore, un quatrième ensemble constitué d'une quatrième piste
conductrice et d'un quatrième groupe de blocs frotteur est utilisé pour
établir un
lien électrique entre un troisième connecteur de la partie fixe 210 et un
troisième
connecteur de la partie mobile 250, par exemple entre les connecteurs 212-3 et
252-3.
Il doit être compris ici qu'un ensemble utilisé pour établir un lien
électrique entre un connecteur de la partie fixe et un connecteur de la partie
mobile peut comprendre plusieurs pistes conductrices et plusieurs groupes de
blocs frotteur.
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Chaque frotteur d'un groupe de frotteurs est mobile par rapport à la
piste conductrice associée et permet d'établir un contact électrique entre un
élément connecté à la piste conductrice et un élément connecté au frotteur.
Plusieurs frotteurs peuvent être utilisés pour établir un contact électrique
avec
une même piste conductrice.
Selon le mode de réalisation illustré ici, les frotteurs sont en contact
avec les surfaces extérieures des pistes conductrices. Selon d'autres modes de
réalisation, les contacts peuvent être effectués à partir des autres surfaces
(supérieure, inférieure ou intérieure). Il est également possible d'établir
des
contacts avec plusieurs surfaces.
Un mécanisme 204 tel qu'un roulement à billes ou à rouleaux permet
à la partie mobile 250 de tourner, par rapport à la partie fixe 210, autour de
l'axe
206 comme illustré avec les flèches.
Le gaz utilisé pour remplir la chambre interne 202 peut notamment
être caractérisé par ses propriétés diélectriques, notamment par une tension
de
claquage déterminée en fonction d'une pression et d'une distance entre des
électrodes. Il s'agit d'un gaz dont la rigidité diélectrique est supérieure à
celle de
l'air ambiant.
La figure 3 illustre des propriétés d'un gaz pouvant être utilisé comme
isolant dans une chambre interne d'un joint tournant électrique conforme à
l'invention. L'axe des ordonnées représente une tension de claquage (exprimée
ici en kilovolts, kV) tandis que l'axe des abscisses correspond au produit de
la
pression (P) du gaz (exprimée en Méga Pascals, MPa) avec la distance (D) entre
les électrodes provoquant le claquage (exprimée en millimètres, mm). La courbe
illustrée représente un ordre de grandeur de la tension de claquage que le gaz
d'isolation doit, de préférence, posséder.
Par ailleurs, ce gaz possède, de préférence, une capacité d'extinction
des arcs électriques, un point d'ébullition bas (de préférence négatif) et un
indice
de transfert thermique élevé. La capacité d'extinction des arcs électriques
peut
être définie comme la capacité du milieu à retrouver rapidement sa rigidité
diélectrique après la formation d'un arc électrique afin que ce dernier ne
perdure
pas. Elle peut notamment résulter du remplacement du milieu où s'est produit
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l'arc électrique, par exemple par convection du gaz. Elle peut également
résulter
d'une baisse de la température afin de diminuer l'ionisation du milieu (à
cette fin,
le gaz utilisé doit posséder un indice de transfert thermique élevé pour
évacuer
la chaleur). Enfin, elle peut résulter d'une décomposition chimique par l'arc
électrique en composés neutres électriquement, cette décomposition utilisant
une grande quantité d'énergie, ce qui tend à mettre fin à l'arc électrique.
De tels gaz sont généralement plus denses que l'air.
Il peut s'agir, par exemple, d'un gaz comprenant, dans une proportion
importante, par exemple à plus de 50, 75 ou 90 pourcents en volume, le gaz
diffusé par la société 3M sous le nom de Novec 4710 (3M et Novec sont des
marques), de la famille des fluoronitriles, du gaz SF6 (hexafluorure de
soufre) ou
du gaz CF3I (trifluoroiodomethane).
Les figures 4 et 5 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale,
respectivement, la partie fixe 210 du joint tournant électrique 200 représenté
sur
la figure 2.
Comme décrit précédemment, la partie fixe 210 comprend notamment
trois connecteurs 212-1 à 212-3 (le connecteur 212-1 étant masqué sur la
figure
4), trois supports de connecteur 214-1 à 214-3 (le support de connecteur 214-1
étant masqué sur la figure 4) et quatre pistes conductrices référencées ici
224-1
à 224-4.
Le connecteur 212-1 est relié électriquement à la piste conductrice
224-1 via un conducteur 218-1 (non représenté), le connecteur 212-2 est relié
électriquement à la piste conductrice 224-2 via le conducteur 218-2 et le
connecteur 212-3 est relié électriquement à la piste conductrice 224-3 via le
conducteur 218-3.
La partie fixe 210 comprend en outre plusieurs supports isolants 226
de pistes conductrices et un ou plusieurs supports conducteurs 228 de pistes
conductrices. Ces supports permettent d'assujettir mécaniquement les pistes
conductrices au corps de la partie fixe 210, ce corps comprenant ici une pièce
interne 230 et une pièce externe 232. Ces pièces peuvent, par exemple, être
réalisées en acier. Le ou les supports conducteurs 228 de pistes conductrices
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sont avantageusement pourvus d'une gaine isolante pour réduire les risques
d'arc électrique (et/ou améliorer la compacité du dispositif).
Comme illustré, au moins un support conducteur 228 de pistes
conductrices est utilisé pour assujettir mécaniquement la piste conductrice
224-
4 à la pièce interne 230 et pour établir un lien électrique entre la piste
conductrice
224-4 et la pièce interne 230. Plusieurs supports isolants 226 sont ici
utilisés pour
assujettir mécaniquement les pistes conductrices 224-1 à 224-4 entre elles.
D'autres supports isolants peuvent être utilisés pour assujettir mécaniquement
les pistes conductrices 224-1 à 224-4 à un ou plusieurs éléments de la partie
fixe
210, par exemple à la pièce interne 230 et/ou à la pièce externe 232.
L'ordre des pistes conductrices peut être différent de celui illustré.
La pièce interne 230 et la pièce externe 232 forment l'enveloppe du
joint tournant électrique 200 et isolent la partie électrique de
l'environnement
extérieur. Ce sont des pièces de révolution. A titre d'exemple, elles peuvent
être
assemblées entre elles au moyen d'une visserie adaptée en intercalant, de
préférence, un joint d'étanchéité comme décrit en référence à la figure 12.
Selon un mode de réalisation particulier, la pièce interne 230
comprend une interface pour accueillir le mécanisme 204 qui joue lui-même le
rôle d'interface avec la partie mobile 250.
Toujours selon un mode de réalisation particulier, la partie fixe 210
comprend une ou plusieurs vannes de vidange et/ou de remplissage. Selon
l'exemple illustré sur les figures 4 et 5, chaque support de connecteur
comprend
une vanne de vidange et/ou de remplissage. Ainsi, comme illustré, le support
de
connecteur 214-1 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 234-1, le
support de connecteur 214-2 comprend la vanne de vidange et/ou de
remplissage 234-2 et le support de connecteur 214-3 comprend la vanne de
vidange et/ou de remplissage 234-3.
Les vannes de vidange et/ou de remplissage sont avantageusement
positionnées de telle sorte à correspondre, lors d'une opération de vidange ou
de
remplissage, aux positions les plus hautes ou les plus basses de la cavité
formée
par la chambre interne du joint tournant électrique et les espaces des
supports
de connecteur, afin d'optimiser la vidange ou le remplissage.
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Ces vannes de vidange et/ou de remplissage sont avantageusement
sécurisées et/ou pourvues d'un mécanisme de détection permettant d'alerter,
par
exemple par un signal sonore, une position ouverte pour prévenir toute fuite
de
gaz.
Les figures 6 et 7 illustrent la pièce interne 230 et la pièce externe 232,
respectivement, du corps de la partie fixe 210 du joint tournant électrique
200
représenté sur la figure 2. Ces deux pièces sont assujetties mécaniquement
l'une
à l'autre à l'aide, par exemple, d'une visserie adaptée.
La figure 8 illustre un exemple d'une piste conductrice, génériquement
référencée 224, de la partie fixe 210 du joint tournant électrique 200
représenté
sur la figure 2.
Comme illustré, la piste conductrice 224 comprend un ensemble de
points de fixation 800, par exemple des ouvertures, adaptés à la fixation de
supports isolants. Le nombre de points de fixation 800 est variable.
La piste conductrice 224 comprend un ou plusieurs points de fixation
802, par exemple des excroissances pourvues d'ouvertures, adaptés à la
fixation
de supports conducteurs et/ou de conducteurs électriquement reliés à des
connecteurs.
Comme décrit précédemment, la piste conductrice 224 peut être
réalisée, totalement ou partiellement, en cuivre.
Les figures 9 et 10 illustrent, en perspective et en coupe longitudinale,
respectivement, la partie mobile 250 du joint tournant électrique 200
représenté
sur la figure 2.
Comme décrit précédemment, la partie mobile 250 comprend
notamment trois connecteurs 252-1 à 252-3, chaque connecteur étant monté sur
un support de connecteur, avantageusement creux et protégeant un conducteur
de préférence pourvue d'une gaine isolante. Un espace, en communication avec
la chambre interne 202 du joint tournant électrique, est arrangé entre le
conducteur ou la gaine isolante et la paroi des supports du connecteur.
A titre d'illustration, le connecteur 252-2 est monté sur le support de
connecteur 254-2 à l'aide de la bague isolante 256-2. Le connecteur est relié
électriquement au conducteur 258-2 pourvu d'une gaine isolante 260-2. L'espace
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262-2 est en communication avec la chambre interne 202. Le support de
connecteur 254-2 est mécaniquement assujetti à la partie mobile 250, par
exemple à l'aide de boulons (comme représenté).
Toujours selon un mode de réalisation particulier, la partie mobile
comprend une ou plusieurs vannes de vidange et/ou de remplissage. Selon
l'exemple illustré sur les figures 9 et 10, chaque support de connecteur
comprend
une vanne de vidange et/ou de remplissage. Ainsi, comme illustré, le support
de
connecteur 254-1 comprend la vanne de vidange et/ou de remplissage 264-1, le
support de connecteur 254-2 comprend la vanne de vidange et/ou de
remplissage 264-2 et le support de connecteur 254-3 comprend la vanne de
vidange et/ou de remplissage 264-3.
A nouveau, les vannes de vidange et/ou de remplissage sont
avantageusement positionnées de telle sorte à correspondre, lors d'une
opération de vidange ou de remplissage, aux positions les plus hautes ou les
plus basses de la cavité formée par la chambre interne du joint tournant
électrique et les espaces des supports de connecteur, afin d'optimiser la
vidange
ou le remplissage.
De même, ces vannes de vidange et/ou de remplissage sont
avantageusement sécurisées et/ou pourvues d'un mécanisme de détection
permettant d'alerter, par exemple par un signal sonore, une position ouverte
pour
prévenir toute fuite de gaz.
Comme illustré, le connecteur 252-2 est relié électriquement, via le
conducteur 258-2, à un ou plusieurs frotteurs d'un ou plusieurs blocs frotteur
266-
2 adaptés à être en contact avec la piste conductrice 224-2. De même, le
connecteur 252-3 est relié électriquement, via le conducteur 258-3, à un ou
plusieurs frotteurs d'un ou plusieurs blocs frotteur 266-3 adaptés à être en
contact
avec la piste conductrice 224-3. De façon similaire encore, le connecteur 252-
1
est relié électriquement, via le conducteur 258-1 (non représentée), à un ou
plusieurs frotteurs (non représentés) adaptés à être en contact avec la piste
conductrice 224-1.
Comme illustré sur la figure 9, la partie mobile 250 comprend un ou
plusieurs blocs frotteur 266-4, électriquement reliés à un élément conducteur
de
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la partie mobile 210, adaptés à être en contact avec la piste conductrice 224-
4
afin d'établir un contact électrique entre un élément conducteur de la partie
fixe
210 et un élément conducteur de la partie mobile 250 pour établir une masse
électrique.
Dans un souci de clarté, il est considéré ici que les blocs frotteur,
génériquement référencés 266, sont, à l'exception du ou des blocs frotteur
utilisés pour établir une masse, fixés à la partie mobile 250 via les
conducteurs
génériquement référencés 258 (qui ont ainsi un rôle structurel) et les
supports de
connecteur génériquement référencés 254. Il convient cependant de noter que
des supports de blocs frotteur, électriquement isolants, peuvent être utilisés
pour
fixer directement ou indirectement les blocs frotteur à des éléments
particuliers
de la partie mobile 250, par exemple au corps 270 de la partie mobile 250.
La partie mobile 250 comprend en outre, de préférence, un ou
plusieurs capteurs 268. Ce ou ces capteurs ont pour objet de mesurer des
paramètres relatifs à la qualité du gaz dont est rempli le joint tournant
électrique
200. Il peut s'agir, par exemple, de capteur de pression, de capteur de
température, de capteur d'humidité et/ou de capteur de densité. Des capteurs
spécifiques peuvent être utilisés pour mesurer chaque paramètre. Il est
également possible d'utiliser des capteurs multifonctions, des capteurs
mesurant
un même paramètre avec des précisions différentes, des capteurs redondants,
etc.
Alternativement ou de façon complémentaire, la partie fixe 210 peut
comprendre ce ou ces capteurs ou un ou plusieurs autres capteurs similaires.
Les données mesurées sont transmises à un calculateur local ou
distant (non représenté) pour être stockées et/ou analysées afin d'alerter, le
cas
échéant, un opérateur.
Comme illustré, le corps 270 de la partie mobile 250 comprend, de
préférence, un ou plusieurs éléments de fixation 272 adaptés à la fixation du
joint
tournant électrique sur une structure externe (non représentée).
Le corps 270 de la partie mobile 250 est ici une pièce de révolution. Il
comprend une cavité centrale 274 configurée pour coopérer avec le mécanisme
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204 afin d'assurer la rotation de la partie centrale 250 par rapport à la
partie fixe
210.
La figure 11, comprenant les figures 11a, 11b et 11c, illustre un
exemple de bloc frotteur vue en perspective, de côté et de dessus lorsqu'il
est en
contact avec une piste conductrice, respectivement.
De façon générale, un bloc frotteur sert à établir un lien électrique
entre une partie fixe et une partie mobile, typiquement rotative, au moyen
d'éléments de friction. Un bloc frotteur comprend généralement un ou plusieurs
éléments à base de graphite, appelés charbons, et une structure typiquement en
cuivre pour les supporter et assurer un lien électrique.
Comme illustré sur la figure 11a, un bloc frotteur 266 comprend ici un
corps 1100 en forme de 'C ou d'arc de cercle ainsi que deux frotteurs 1105-1
et
1105-2 situés à chaque extrémité du corps. Le corps 1100 comprend un moyen
de fixation 1110 tel qu'une ouverture, permettant sa fixation, par exemple sur
un
conducteur ayant un rôle structurel. Le moyen de fixation autorise, de
préférence,
un mouvement de rotation du corps autour d'un axe perpendiculaire au plan
comprenant une piste conductrice avec laquelle doit coopérer le bloc frotteur
pour
optimiser le contact électrique de chacun des frotteurs 1105-1 et 1105-2 avec
cette piste conductrice. Comme illustré sur la figure 11c, la présence de deux
frotteurs permet ainsi d'équilibrer les efforts et de ne pas introduire
d'effet de
couple.
Les blocs frotteur sont avantageusement pourvus d'un mécanisme de
rattrapage de jeu pour, notamment, compenser l'usure des frotteurs. Comme
illustré sur la figure 11b, un tel mécanisme peut comprendre un élément
élastique
1115 tel qu'un ressort prenant appui sur le corps 1100, maintenant le frotteur
en
contact avec la piste conductrice lorsque le bloc frotteur est en position
d'utilisation. Le bloc frotteur peut également comprendre un mécanisme de
retenue (non représenté) pour retenir le frotteur lorsque le bloc frotteur
n'est pas
en position d'utilisation.
La figure 12 est une vue en coupe de l'exemple de joint tournant
électrique illustré sur la figure 2, c'est-à-dire une vue en coupe des parties
mobiles 210 et 250 assemblées.
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Afin d'éviter toute pollution de la chambre interne 202 du joint tournant
électrique 200 par son environnement et inversement, le joint électrique
tournant
est équipé de joints d'étanchéité statique et dynamique.
En particulier, un joint d'étanchéité 1200 est ici positionné entre la
pièce interne 230 et la pièce externe 232 du corps de la partie fixe 210. Un
tel
joint est, par exemple, du type joint torique en matériau élastomère. Les
pièces
230 et 232 étant assujetties mécaniquement l'une à l'autre, le joint
d'étanchéité
1200 est un joint statique.
De même, un joint d'étanchéité statique de même nature ou de nature
différente, génériquement référencé 1205, est positionné entre chaque support
de connecteur et l'élément sur lequel est fixé ce support (i.e. le corps 270
de la
partie mobile 250 ou la pièce interne 230 de la partie fixe 210).
De façon similaire encore, un joint d'étanchéité statique de même
nature ou de nature différente, génériquement référencé 1210, est positionné
entre chaque support de connecteur et l'ensemble correspondant formé d'un
connecteur et de la bague isolante associée.
Le joint tournant électrique 200 comprend en outre des joints
d'étanchéité dynamique pour assurer l'étanchéité entre la partie fixe 210 et
la
partie mobile 250, notamment les joints d'étanchéité dynamique 1215 et 1220.
Le joint d'étanchéité dynamique 1215 assure l'étanchéité entre le bord
périphérique du corps de la partie mobile 250 et le bord supérieur de la
partie
externe 232 tandis que le joint d'étanchéité dynamique 1220 assure
l'étanchéité
entre le bord intérieur du corps de la partie mobile 250 et la partie centrale
de la
partie interne 230. D'autres configurations sont possibles.
Un tel joint d'étanchéité dynamique est, par exemple, du type joint en
V à base de matériau tel que du PTFE (sigle de polytétrafluoroéthylène).
L'efficacité de fonctionnement d'un joint tournant électrique selon
l'invention étant notamment lié au remplissage de la chambre interne par du
gaz
ayant les caractéristiques requises, en particulier en ce qui concerne sa
rigidité
diélectrique, il est préférable d'assurer un remplissage optimal de celle-ci,
notamment des parties les plus hautes.
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A ces fins, après avoir obtenu le gaz à utiliser pour le remplissage de
la chambre interne du joint tournant électrique, un procédé de remplissage est
mis en oeuvre. Il comprend une étape d'injection sous pression de ce gaz par
un
ou plusieurs points hauts du joint tournant électrique et d'évacuation de
l'air ou
du gaz précédemment contenu dans la chambre interne par un ou plusieurs
autres points hauts du joint tournant électrique. Le remplissage est effectué
de
façon étanche et sécurisée pour éviter d'injecter, dans la chambre interne, du
gaz
se trouvant à l'extérieur du joint tournant électrique.
Le procédé de vidange d'un joint tournant électrique selon l'invention
comprend l'ouverture d'une ou plusieurs vannes inférieure (situées en points
bas
du joint tournant électrique) permettant la récupération du gaz contenu dans
la
chambre interne et l'ouverture d'une ou plusieurs vannes supérieures (situées
en
points bas du joint tournant électrique) pour permettre à du gaz (par exemple
de
l'air ambiant) de se substituer au gaz vidangé. Il comprend également la
récupération, par la ou les vannes inférieures, de manière sécurisée et
étanche,
du gaz remplissant la chambre interne du joint tournant électrique.
Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne
compétente dans le domaine de l'invention pourra appliquer des modifications
dans la description précédente. La présente invention ne se limite pas aux
formes
de réalisation décrites, d'autres variantes et combinaisons de
caractéristiques
sont possibles.
La présente invention a été décrite et illustrée dans la présente
description détaillée en référence aux figures jointes. Toutefois, la présente
invention ne se limite pas aux formes de réalisation présentées. D'autres
variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en oeuvre par la
personne compétente dans le domaine de l'invention à la lecture de la présente
description et des figures annexées.
Dans les revendications, les termes comprendre ou comporter
n'excluent pas d'autres éléments ou d'autres étapes. L'article indéfini un
n'exclut pas le pluriel. Un seul processeur ou plusieurs autres unités peuvent
être
utilisés pour mettre en uvre l'invention. Les différentes caractéristiques
présentées et/ou revendiquées peuvent être avantageusement combinées. Leur
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,
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présence dans la description ou dans des revendications dépendantes
différentes n'exclut pas, en effet, la possibilité de les combiner. Les signes
de
référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l'invention.
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