FR2987186A1 - Couronne de maintien d'un rotor et procede de fabrication d'une telle couronne. - Google Patents

Abstract

Cette couronne (1) de maintien pour rotor de moteur électrique, comprend une coupelle (2) métallique et un anneau (3) d'équilibrage apte à être assemblé contre le fond de la coupelle coaxialement à, et à l'extérieur, de la coupelle. L'interface de contact entre l'anneau et la coupelle est une surface plane radiale (19) interrompue par des portions de surface (11) sensiblement cylindriques, d'axes parallèles à l'axe du rotor et interceptant le fond (13) de la coupelle.

Description

B11-5946FR 1 Couronne de maintien d'un rotor et procédé de fabrication d'une telle couronne L'invention concerne le domaine des moteurs électriques, et plus particulièrement les couronnes de maintien de rotors électriques. Les rotors électriques comprennent généralement un empilement de tôles autour duquel peuvent être enroulées une ou plusieurs bobines de fils conducteurs.

Les rotors bobinés sont généralement protégés sur chacune de leurs extrémités axiales par une couronne en forme de coupelle, par exemple en acier inox, venant coiffer l'extrémité axiale du rotor. Le diamètre de la coupelle est généralement choisi pour que la coupelle couvre la circonférence extérieure de l'ensemble des bobinages. La couronne peut comprendre une coupelle et un anneau d'équilibrage solidaire de la coupelle. L'anneau d'équilibrage peut alors servir à équilibrer le rotor en rotation. Pour équilibrer le rotor, on enlève les portions de matière sur des zones sacrificielles de l'anneau d'équilibrage dédiées à cet effet.

Des couronnes de maintien en deux parties sont ainsi utilisées pour des rotors électriques, l'anneau d'équilibrage étant ajusté autour d'un col central de la coupelle. L'anneau et la coupelle sont ensuite maintenus axialement par des tirants -c'est-à-dire de longues vis-traversant axialement les deux couronnes et le rotor.

La fabrication de ces couronnes est onéreuse car elle implique à la fois une bonne précision dimensionnelle au niveau du contour extérieur du col de la coupelle, et une reprise d'usinage sur la portion d'anneau venant en appui contre le col afin d'adapter le profil de l'anneau au profil d'emboutissage de la coupelle.

Les dimensions radiales de l'anneau sont limitées à l'extérieur par le rayon maximal permis pour le rotor, et à l'intérieur par le diamètre extérieur du col de la coupelle. La largeur radiale de l'anneau est donc restreinte, or elle conditionne la quantité de matière disponible pour les enlèvements de matière en vue de l'équilibrage. Cet inconvénient peut être compensé en augmentant l'épaisseur de l'anneau, mais on alourdit alors l'ensemble du rotor.

L'invention a pour but de proposer une couronne de maintien utilisant le principe d'un anneau associé à une coupelle, et dont l'anneau présente des volumes élargis sans alourdir le poids total de la couronne. A cette fin, l'invention propose une couronne de maintien pour rotor de moteur électrique. La couronne comprend une coupelle métallique et un anneau d'équilibrage apte à être assemblé contre le fond de la coupelle coaxialement à, et à l'extérieur, de la coupelle. L'interface de contact entre l'anneau et la coupelle est une surface plane radiale interrompue par des portions d'interface sensiblement cylindriques, d'axes parallèles à l'axe du rotor et interceptant le fond de la coupelle. Par fond de la coupelle, on entend une portion de la coupelle comprise entre un diamètre intérieur d'une portion sensiblement axiale formant un rebord extérieur de la coupelle, et un diamètre intérieur minimal de la coupelle. Les portions d'interfaces sensiblement cylindriques peuvent être des portions de cylindres de révolution, des portions de surfaces cylindriques ayant une génératrice non circulaire, voire une portion tronconique ayant une faible inclinaison par rapport à l'axe de la coupelle, par exemple une inclinaison inférieure à 5 degrés.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les diamètres intérieurs de l'anneau et de la coupelle sont sensiblement égaux. De cette manière, le centrage relatif de la coupelle et de l'anneau est facilité pendant leur assemblage. Par diamètres sensiblement égaux, on entend des diamètres différant de moins de 10% par rapport au plus petit des deux diamètres. De manière préférentielle, les diamètres extérieurs de l'anneau et de la coupelle sont eux aussi sensiblement égaux.

Avantageusement, les portions cylindriques sont des portions de cylindres de révolution délimitant chacune un perçage, traversant une même première pièce parmi la coupelle et l'anneau. Selon un mode de réalisation préféré, les perçages sont traversés par des protubérances de matière qui sont monoblocs avec le corps d'une seconde pièce parmi la coupelle et l'anneau, faisant face à la première pièce. Par corps de l'anneau ou de la coupelle, on entend une partie de l'anneau ou de la coupelle comprenant une portion en forme de couronne apte à s'appuyer sur l'autre pièce.

Selon un mode de réalisation préféré, la seconde pièce présente une réduction locale d'épaisseur sur l'envers de chaque protubérance. La réduction locale d'épaisseur est en forme de cuvette à bords cylindriques, sensiblement centrée sur la protubérance et plus large que celle-ci.

Selon un mode de réalisation avantageux au moins une protubérance est sertie de manière à ce que son extrémité libre dépasse radialement du perçage dans lequel elle est logée. Typiquement, avant sertissage, chaque protubérance présente une hauteur axiale comprise entre 1 et deux fois son diamètre. Après sertissage, chaque protubérance présente une hauteur axiale comprise entre 0.6 et 1.5 fois son diamètre. Chaque perçage peut être entouré d'un lamage. Avantageusement, la première pièce est l'anneau, et la seconde pièce est la coupelle, c'est-à-dire que la coupelle et l'anneau sont assemblés en sertissant des protubérances de la coupelle à l'intérieur de perçages ménagés dans l'anneau. Les protubérances peuvent ainsi être obtenue sur la même presse où est effectué l'emboutissage de mise en forme de la coupelle. De préférence la profondeur du lamage est alors supérieure ou égale à la moitié de l'épaisseur locale de l'anneau, voire supérieure ou égale aux deux tiers de l'épaisseur locale. On obtient ainsi un plan d'appui du sertissage suffisamment proche de la coupelle, en permettant une épaisseur d'anneau apportant une masse suffisante pour effectuer les enlèvements de matière en vue de l'équilibrage de la couronne. Selon un mode de réalisation préféré, l'anneau est une portion de couronne délimité, hors perçages et orifices, par deux faces planes parallèles et par deux surfaces cylindriques au niveau de ses diamètres intérieurs et extérieurs. La couronne peut comporter des orifices axiaux de vissage traversant à la fois la coupelle et l'anneau, les orifices de vissage étant angulairement espacés par rapport aux perçages. De manière préférentielle, les orifices axiaux de vissage sont situés sensiblement au milieu de la largeur radiale de l'anneau, et les perçages sont situés proches d'une circonférence intérieure de l'anneau.

L'invention propose également un procédé d'assemblage d'une couronne de maintien d'un rotor, comprenant les étapes suivantes : - un emboutissage d'un flan de tôle de manière à former une coupelle munie, sur l'extérieur du fond de la coupelle, de protubérances cylindriques d'axe parallèle à l'axe de la coupelle, - une opération de perçage d'un anneau sensiblement plan pour y ménager des perçages aptes à venir en regard des protubérances, - une opération de sertissage des protubérances dans les perçages pour obtenir l'ensemble formant la couronne. La couronne ainsi obtenue peut ensuite être assemblée sur le rotor à l'aide de tirants (vis) traversant à la fois la coupelle et l'anneau. Le sertissage permet de manipuler la couronne en tant qu'ensemble unique pour son assemblage sur le rotor. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente une couronne de maintien de rotor selon l'art antérieur ; la figure 2 est une vue de face d'une couronne de rotor selon l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe de la couronne de rotor de la figure 2, et ; la figure 4 est une autre vue en coupe de la couronne de rotor de la figure 2.

Tel qu'illustré sur la figure 1, une couronne de rotor 1 selon l'art antérieur comprend une coupelle 2 d'axe x-x' et un anneau 3. La coupelle 2 comprend une portion axiale 4. La portion axiale 4 est ici une portion de cylindre d'axe x-x' et de diamètre légèrement supérieur au diamètre de l'ensemble de tôles bobinées du rotor auquel la coupelle est destinée. La portion axiale 4 se referme radialement sur un côté par un col 5. Autour du col 5 est disposé un anneau 3 dont la surface intérieure 15 a été rendue complémentaire de la surface extérieure 16 du col 5 par reprise d'usinage. L'anneau est maintenu axialement contre la coupelle à l'aide de tirants (non représentés) traversant chacun à la fois un orifice axial 8 de l'anneau et un orifice axial 7 de la coupelle. On désigne dans le présent texte par direction axiale, une direction parallèle à la direction x-x' correspondant à l'axe de la coupelle 2, et on désigne par direction radiale une direction perpendiculaire à l'axe x-x' de la coupelle 2. La coupelle 2 comprend un fond 13. On désigne par fond de coupelle dans le présent texte, l'ensemble des zones métalliques de la coupelle qui sont de diamètre inférieur ou égal au diamètre intérieur de la portion axiale 4 formant les bords de la coupelle. Comme évoqué plus haut, ce type de coupelle est coûteux à fabriquer à cause notamment d'un zone de reprise d'usinage 6 nécessaire sur la face intérieure de l'anneau afin d'adapter le profil de l'anneau au profil du col 5 de la coupelle. La figure 2 illustre une couronne de maintien de rotor suivant l'invention, vue parallèlement à l'axe x-x', à partir de l'extérieur du fond de la coupelle. On retrouve sur la figure 2 des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. Des diamètres intérieurs de l'anneau et de la coupelle sont ici quasiment identiques, de même que les diamètres extérieurs de l'anneau et de la coupelle. La coupelle 2 est donc masquée par l'anneau 3 sur cette figure.

L'anneau 3 peut ainsi avoir une largeur radiale dr plus importante que la largeur radiale de l'anneau de l'art antérieur représenté sur la figure 1. Les zones d'équilibrage 17 sont représentées ici sous forme de secteur texturé. La surface frontale de ces zones, dans lesquelles il est possible de venir enlever de la matière pour réaliser l'équilibrage de la couronne, est ainsi plus importante. L'équilibrage peut donc être réalisé de manière plus fine. Les zones d'équilibrage 17 s'étendent à chaque fois entre deux secteurs réservés 18 délimités autour des orifices 8 de passage de tirants. Radialement, les zones d'équilibrage s'étendent de la circonférence extérieure de l'anneau à un diamètre intérieur Ri correspondant à la position radiale de protubérances 10 d'assemblage de la coupelle 2. Ces protubérances 10 traversent axialement l'anneau 3 et solidarisent l'anneau avec la couronne en rotation.

Chaque protubérance 10 traverse un perçage 11 de l'anneau. Chaque perçage 11 est entouré d'un lamage 9. Le diamètre du perçage est adapté pour pouvoir y insérer une des protubérances 10 avec un jeu réduit, par exemple un jeu diamétral inférieur ou égal à un demi millimètre.

Le lamage 9 est de diamètre suffisant pour passer un doigt de sertissage d'un outil apte à venir écraser l'extrémité de la protubérance afin de sertir la coupelle sur l'anneau. Une fois serties, comme représenté sur les figures 2 et 3, les protubérances 11 solidarisent axialement l'anneau sur la coupelle, avec une force de maintien suffisante pour permettre les manipulations de la couronne jusqu'à son assemblage sur le rotor. Typiquement, le diamètre de la protubérance peut être de l'ordre de 2 à 10 mm, par exemple de l'ordre de 3 mm, et le diamètre du lamage être comprise par exemple entre deux et trois fois le diamètre de la protubérance, par exemple 8mm pour une protubérance de diamètre 3mm. Des protubérances de diamètre limité, par exemple de protubérances de l'ordre de 3 mm pour un anneau présentant un diamètre extérieur de l'ordre de 70 à 90 mm, sont préférables afin de que les lamages n'empiètent pas de manière trop importante sur les zones d'équilibrage 17. Les orifices de vissage 8 peuvent par exemple être répartis angulairement avec une même périodicité spatiale que les perçages 11, un perçage étant placé à chaque fois au milieu du secteur angulaire séparant deux orifices de vissage 8. La figure 3 est une vue en coupe suivant un demi plan de coupe III-III passant par une des protubérances 10 de la coupelle 2 de la couronne de rotor 1 de la figure 2. On retrouve sur la figure 3 des éléments communs à la figure 2, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. On note que l'accostage de l'anneau sur la coupelle se fait au niveau d'une surface plane radiale 19 correspondant à une des extrémités axiales de l'anneau. On observe sur la figure 3, sur l'envers de la protubérance 10, des zones 14 en forme de cuvettes, qui sont caractéristiques du procédé dé fabrication proposé pour fabriquer la coupelle. En effet, la protubérance 10 est obtenue par fluage de la matière de la coupelle lors de l'emboutissage d'un flan initialement plan et circulaire pour obtenir la coupelle 2. On peut ainsi, sur la même presse, emboutir le flan de tôle pour obtenir les bords extérieurs axiaux 4 et, éventuellement à l'aide d'un outillage séparé, appliquer un coup de poinçon sur l'intérieur de la coupelle pour faire refluer la matière destinée à former la protubérance, au travers d'un orifice calibré d'une matrice sur laquelle est appuyé l'extérieur du fond de la coupelle. La réduction d'épaisseur 14 en forme de cuvette peut par exemple être circulaire et est généralement à fond plat. Son diamètre et sa profondeur sont tels que le volume du creux ainsi défini, correspond sensiblement au volume de la protubérance formée.

Les protubérances 10 que l'on peut ainsi obtenir ont un facteur de forme proche de 1 c'est-à-dire que leur hauteur reste généralement limitée par rapport à leur diamètre. Typiquement, la hauteur axiale de la protubérance peut être comprise entre 0,6 et 2 fois le diamètre de la protubérance. Après sertissage, l'extrémité sertie 12 de la protubérance 10 dépasse radialement de quelques dixièmes de millimètres au moins, par rapport au diamètre du perçage 11. L'épaisseur axiale du fond du lamage 9 de l'anneau 3, est voisine de la hauteur totale de la protubérance avant l'opération de sertissage, afin de ne pas fragiliser l'anneau autour du perçage 11. Avant sertissage, la protubérance dépasse donc d'une valeur réduite, par exemple comprise entre quelques dixièmes de millimètres et un millimètre, par rapport au fond du lamage 9. Suite au sertissage par écrasement de la protubérance 10, qui conduit à la configuration illustrée en figure 3, le sertissage obtenu est suffisant pour pouvoir manipuler l'ensemble coupelle+anneau en vue de son assemblage sur le rotor. Une fois la couronne assemblée, les protubérances 9 et leur appui sur les parois des perçages 11 permettent de transmettre les couples de rotation de la coupelle à l'anneau et réciproquement. La figure 4 illustre une vue de la couronne de la figure 2, vue en coupe par un plan IV-IV passant par les orifices de vissage 7 et 8 de la coupelle et de l'anneau respectivement. On retrouve sur la figure 4 des éléments communs aux figures précédentes, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. On remarque en particulier sur la figure 4, que l'orifice de vissage 7 de la coupelle 2 est légèrement plus large axialement que l'orifice de vissage 8 de l'anneau 3. En effet, l'anneau 3 est typiquement découpé au tour dans un tube présentant l'épaisseur radiale adéquate, puis percé à l'aide de mèches pour obtenir les orifices 8. Les orifices de vissage 7 de la coupelle peuvent être découpés par un outil à la presse, par exemple avant d'emboutir le flan destiné à former la coupelle. C'est pourquoi, dans l'exemple de réalisation illustré, l'orifice de vissage 7 est légèrement ovalisé et dépasse radialement de l'orifice de vissage 8 de l'anneau. Les diamètres intérieurs de la coupelle et de l'anneau sont ici égaux, ce qui permet de centrer aisément l'anneau par rapport à la coupelle en vue de l'assemblage des deux éléments. Il reste ensuite simplement à orienter angulairement l'anneau afin de venir placer les perçages 11 en face des protubérances 10. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. Dans l'exemple de réalisation décrit, la coupelle comme l'anneau sont réalisés en inox, mais ils pourraient être réalisés dans d'autres types d'acier, ou dans d'autres métaux ou alliages. Les protubérances pourraient être formées sur l'anneau et traverser des perçages ménagés dans la coupelle. Cependant il est plus avantageux de placer les protubérances sur la coupelle, puisque les flans destinés à former la coupelle passe déjà sur une presse au cours du procédé. On peut envisager des géométries de coupelles qui ne sont pas des formes de révolution, tout en présentant une ou plusieurs symétries centrales et/ou des formes avec une périodicité angulaire.

L'épaisseur de la coupelle est ici inférieure à l'épaisseur de l'anneau, de manière à pouvoir garder le même diamètre intérieur pour les deux éléments. Au besoin, l'épaisseur de l'anneau peut être réduite pour se rapprocher de l'épaisseur de la coupelle, et le diamètre intérieur de l'anneau peut être réduit en deçà du diamètre intérieur de la coupelle. Les orifices de vissage de la coupelle peuvent être percés au lieu d'être découpés sur presse. Le nombre et la disposition angulaire des orifices de vissage et des perçages 11 peuvent être différents de ceux illustrés. On pourrait assembler la coupelle munie de protubérances avec l'anneau comportant les perçages complémentaire sans sertir l'extrémité des protubérances, en appliquant une colle à l'interface entre le fond de la coupelle et l'anneau. Dans ce cas, les perçages n'auraient pas besoin d'être munis de lamages. Les protubérances et/ou les perçages pourraient être légèrement coniques et/ou présenter un nervurage axial, et les protubérances pourraient alors être insérées à force dans les perçages. Le procédé de fabrication selon l'invention permet de réduire les coûts : la coupelle est obtenue à partir d'une bande de tôle à l'aide d'opérations qui peuvent être regroupées sur une même presse, l'anneau est simplement découpé au tour et percé sans autre reprise d'usinage, puis les deux éléments sont assemblés par sertissage. On évite la manutention et la gestion d'éléments d'assemblage tels que des vis ou des rivets. Outre la simplification du procédé d'assemblage et la réduction du nombre de pièces à gérer, les géométries de coupelle et d'anneau correspondant à l'invention permettent d'augmenter le volume de l'anneau disponible pour effectuer l'équilibrage, sans augmenter, voire en réduisant, le poids total de la couronne. En effet, le volume supplémentaire d'anneau est compensé par un gain de matière au niveau de la coupelle, le fond plat de la coupelle nécessitant moins de matière qu'un fond étagé ou un fond avec un col. Les protubérances permettent de maintenir en rotation l'anneau par rapport à la coupelle, de manière plus fiable que les forces de surfaces tangentielles s'exerçant au niveau du col de la coupelle décrite dans l'art antérieur.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Couronne (1) de maintien pour rotor de moteur électrique, comprenant une coupelle (2) métallique et un anneau (3) d'équilibrage apte à être assemblé contre le fond de la coupelle coaxialement à, et à l'extérieur, de la coupelle, caractérisé en ce que l'interface de contact entre l'anneau et la coupelle est une surface plane radiale (19) interrompue par des portions de surface (11) sensiblement cylindriques, d'axes parallèles à l'axe du rotor, les axes interceptant le fond (13) de la coupelle.
2. 2. Couronne de maintien selon la revendication 1, dans laquelle les diamètres intérieurs de l'anneau et de la coupelle sont sensiblement égaux.
3. 3. Couronne de maintien selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les portions cylindriques sont des portions de cylindres de révolution délimitant chacune un perçage (11), traversant une même première pièce parmi la coupelle (2) et l'anneau (3).
4. 4. Couronne de maintien selon la revendication 3, dans laquelle les perçages (11) sont traversés par des protubérances (10) de matière qui sont monoblocs avec le corps d'une seconde pièce parmi la coupelle et l'anneau, faisant face à la première pièce.
5. 5. Couronne de maintien selon la revendication 4, dans laquelle la seconde pièce présente une réduction locale d'épaisseur (14) sur l'envers de chaque protubérance.
6. 6. Couronne de maintien selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans laquelle au moins une protubérance (10) est sertie de manière à ce que son extrémité libre (12) dépasse radialement du perçage (11) dans lequel elle est logée.
7. 7. Couronne de maintien selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle au moins un perçage (11) est entouré d'un lamage (9).
8. 8. Couronne de maintien selon l'une quel conque des revendications 4 à 7, dans laquelle la première pièce est l'anneau (3), et la seconde pièce est la coupelle (2).
9. 9. Couronne de maintien selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des orifices axiaux de vissage (7,8) traversant à la fois la coupelle et l'anneau, les orifices de vissage étant angulairement espacés par rapport aux portions de surfaces sensiblement cylindriques (11).
10. 10. Procédé d'assemblage d'une couronne de maintien d'un rotor, comprenant les étapes suivantes : - un emboutissage d'un flan de tôle de manière à former une coupelle (2) munie, sur l'extérieur du fond de la coupelle, de protubérances cylindriques (10) d'axes parallèles à l'axe de la coupelle, - une opération de perçage d'un anneau sensiblement plan pour y ménager des perçages aptes à venir en regard des protubérances, - une opération de sertissage des protubérances dans les perçages pour obtenir l'ensemble formant la couronne.