FR3003412A1 - Rotor de machine electrique muni d'au moins une frette de maintien des chignons du bobinage et machine electrique correspondante - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur un rotor (30) bobiné comportant un corps (31) de forme cylindrique monté sur un arbre (32), un collecteur (37) comprenant un ensemble de lames (39) électriquement conductrice, des encoches (33) ménagées longitudinalement sur une périphérie externe du corps (31) du rotor, et un bobinage formé par un ensemble de conducteurs (36) insérés au moins en partie à l'intérieur des encoches (33) et reliés électriquement aux lames (39) du collecteur (37), des parties des conducteurs (36) s'étendant en saillie par rapport à des faces radiales d'extrémité axiale du corps du rotor constituant des chignons (43, 44) du bobinage. Conformément à l'invention, le rotor (30) comporte en outre au moins une frette (49, 50) positionnée autour d'un chignon (43, 44) ayant une paroi annulaire d'orientation axiale munie de moyens de retenue de la frette axialement par rapport au corps (31) du rotor et en rotation par rapport à un axe (Y) de la frette.

Description

ROTOR DE MACHINE ELECTRIQUE MUNI D'AU MOINS UNE FRETTE DE MAINTIEN DES CHIGNONS DU BOBINAGE ET MACHINE ELECTRIQUE CORRESPONDANTE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un rotor muni d'au moins une frette de maintien des chignons du bobinage ainsi que la machine électrique correspondante. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des démarreurs pour véhicule automobile. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît des machines électriques munies d'un stator, ou inducteur, comportant plusieurs aimants permanents ou des pôles bobinés (électroaimants) et d'un rotor, ou induit, comportant des conducteurs formant le bobinage du rotor doté d'un corps de forme cylindrique. Un entrefer existe entre la périphérie externe du corps du rotor et la périphérie interne des aimants du stator. Comme montré sur la figure 1, le rotor 1 comporte un collecteur 2 muni de lames 3 électriquement conductrices, telles que des lames en cuivre, qui s'étendent côte à côte sur sa périphérie externe. Le rotor 1 présente également des encoches 5 longitudinales ménagées dans son corps 8 consistant en un paquet de tôles. Pour former le bobinage, des conducteurs 9 dont les extrémités sont soudées sur une partie de chaque lame 3 sont enfilés à l'intérieur des encoches 5. Dans cette configuration connue de type tambour, l'axe des encoches 5 coïncide avec l'axe des lames 3, c'est-à-dire que les lames 3 se trouvent en face des encoches 5.

Plus précisément, chaque conducteur 9 recouvert d'une couche d'émail 91 pour son isolation présente deux branches reliées par un fond 93 de manière à former un U. Ces conducteurs 9 dont les extrémités sont soudées sur les lames 3 du collecteur 2 sont insérés à l'intérieur des encoches 5 du rotor sur deux couches distinctes : la couche supérieure et la couche inférieure. Les parties des conducteurs 9 qui s'étendent en saillie de chaque côté du rotor 1 sont appelées chignons 12, 13.

Pour assurer un maintien radial des conducteurs 9 dans les chignons et éviter ainsi les effets de la force centrifuge, des frettes 14, 15 sont positionnées respectivement autour des chignons 12, 13. Pour que les frettes 14 aient une bonne tenue mécanique, un serrage important est effectué entre les frettes 14, 15 et les chignons 12, 13. Généralement, le diamètre d'un chignon 12, 13 est compris entre 46.7 et 47mm; tandis que le diamètre interne d'une frette 14, 15 est compris entre 46.45 et 46.55mm. Le serrage entre la frette 14, 15 et le chignon 12, 13 correspondant est compris entre moins 0.15mm et moins 0.55mm.

Le serrage de la frette 14, 15 est tel qu'il n'y a pas assez d'espace entre deux conducteurs 9 voisins pour permettre une migration d'un vernis 16 lors d'une opération d'imprégnation, comme cela ressort clairement des figures 2a et 2b. Au cours de l'utilisation de la machine électrique, les vibrations peuvent donc endommager la couche d'email 91 des conducteurs 9, ce qui engendre des problèmes de court-circuit au niveau des conducteurs 9 voisins en contact à l'intérieur des chignons 12, 13. OBJET DE L'INVENTION L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un rotor bobiné comportant: - un corps de forme cylindrique monté sur un arbre, - un collecteur comprenant un ensemble de lames électriquement conductrice, - des encoches ménagées longitudinalement sur une périphérie externe du corps du rotor, et - un bobinage formé par un ensemble de conducteurs insérés au moins en partie à l'intérieur des encoches et reliés électriquement aux lames du collecteur, des parties des conducteurs s'étendant en saillie par rapport à des faces radiales d'extrémité axiale du corps du rotor constituant des chignons du bobinage, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une frette montée axialement par rapport au corps autour d'un chignon ayant une paroi annulaire d'orientation axiale munie de moyens de retenue de la frette pour solidariser axialement la frette au chignon et en rotation par rapport à un axe de la frette. La frette étant munie de moyens de retenue, il est possible de réduire l'effort de serrage entre les frettes et les chignons, voire même de les monter avec jeu. En conséquence, les conducteurs qui sont moins contraints dans les chignons sont espacés les uns des autres, ce qui permet d'optimiser le taux de remplissage de vernis à l'intérieur des chignons et donc de réduire grandement les risques de court-circuit. Selon une réalisation, les moyens de retenue de la frette sont destinés à imposer une forme à une couche de d'imprégnation située en périphérie du chignon telle que la frette est retenue par ladite couche de vernis d'imprégnation. Ainsi une simple couche d'imprégnation permet de solidifier la frette aux conducteurs du chignon.

Selon une réalisation la couche d'imprégnation est une couche de vernis d'imprégnation sur l'ensemble du rotor pour rigidifier ledit rotor. Cela permet d'utiliser une seule couche pour à la fois rigidifier les segments de conducteurs dans le chignon et la frette au chignon. Selon une réalisation, les moyens de retenue comportent au moins un trou réalisé dans la paroi de la frette pour le passage de la couche d'imprégnation de sorte que la couche de vernis d'imprégnation présente au moins une saillie pénétrant à l'intérieur du trou. Selon une réalisation, le trou est une ouverture traversante. Cela permet que la couche d'imprégnation soit infiltrée entre les portions des segments de conducteurs, entourée par la frette, délimitées par le plan radial de la frette. Selon une réalisation, l'ouverture présente un axe orienté radialement par rapport à l'axe de la frette.

Cela permet d'améliorer l'infiltration de la couche d'infiltration dans l'ouverture de la frette. Selon une réalisation, les moyens de retenue comportent une pluralité d'ouvertures espacées angulairement de manière régulière autour de la paroi de la frette. Cela permet de solidifier la frette sur le chignon de façon homogène. Selon une réalisation, les moyens de retenue comportent au moins une protubérance destinée à pénétrer à l'intérieur d'au moins un creux de la couche de vernis d'imprégnation.

Dans un exemple de ce mode de réalisation, la protubérance est soit axiale et la couche d'imprégnation empêche la rotation de la frette par le biais de cette protubérance. Cela permet d'assurer l'anti rotation de la frette par rapport au chignon même en cas de force centrifuge importante. Dans un autre mode de réalisation précédemment décrit, la couche d'imprégnation disposée sur le chignon pour rigidifier les segments de conducteur du chignon est disposée avant l'insertion de la frette. Dans ce mode de réalisations les portions des segments de conducteur radialement située sous la frette sont en contact par le biais de la couche d'imprégnation. Cela permet d'éviter que par vibration, le vernis entre les portions de segments des conducteurs en vis à vis s'enlève par frittage et donc éviter un contact électrique provoquant un disfonctionnement du rotor. Selon une réalisation, la frette et le chignon sont montés entre eux avec un jeu compris entre plus 0.15mm et moins 0.14mm.

Ce jeu positive et négative permet d'insérer la frette autour des segments de conducteurs formant le chignon à la main tout en assurant par le biais de la couche d'imprégnation son rôle de maintien des segments de conducteurs du chignon contre la force centrifuge.

Selon une réalisation, la frette présente un diamètre interne compris entre 47.55mm et 47.65mm tandis que le chignon présente un diamètre externe compris entre 47.5mm et 47.8mm. Selon une réalisation, la frette est réalisée dans un matériau électriquement isolant. Cela permet d'éviter un court-circuit entre des conducteurs par le biais de la frette dans le cas ou deux portions de segments de conducteurs sont dépourvues d'isolant lors de friction entre la frette et ces portions de conducteurs.

Selon une réalisation, le rotor comporte deux frettes positionnées chacune autour d'un chignon. Cela permet d'assurer pour certain type de bobinage le maintien des deux chignons. Selon une réalisation, deux portions des conducteurs entourées par la frette délimitées par le plan radial de la frette sont en contact par le biais d'une couche d'imprégnation. Cela permet d'éviter que les isolants des portions de conducteurs s'effritent par les vibrations. L'invention a également pour objet une machine électrique caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor selon l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1, déjà décrite, montre une vue d'ensemble en perspective d'un rotor selon l'état de la technique ; Les figures 2a et 2b, déjà décrites, montrent des vues en coupe des conducteurs dans les chignons respectivement après le positionnement d'une frette de maintien autour du chignon et après l'opération d'imprégnation pour un rotor selon l'état de la technique; La figure 3 montre une vue d'ensemble en perspective d'un rotor selon l'invention ; Les figures 4a et 4b représentent respectivement des vues en perspective et en coupe transversale d'une frette de maintien d'un chignon selon l'invention; La figure 4c représente une vue en coupe de la frette de maintien selon le plan B-B de la figure 4b perpendiculaire à un axe de la frette; Les figures 5a et 5b montrent des vues en coupe des conducteurs dans les chignons respectivement après le positionnement d'une frette de maintien autour du chignon et après l'opération d'imprégnation pour un rotor selon l'invention; Les figures 6a et 6b montrent des représentations schématiques de la zone de liaison entre la frette de maintien selon l'invention et la couche de vernis d'imprégnation suivant deux modes de réalisation de l'invention; La figure 7 montre une représentation schématique des deux couches de 15 conducteurs positionnées à l'intérieur des encoches du rotor faisant apparaître l'isolant d'encoche en forme de S. Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION 20 La figure 3 montre un rotor 30 comportant un corps 31 monté sur un arbre 32 d'axe X. Ce corps 31 en forme de paquet de tôles présente une périphérie externe 311 de forme cylindrique délimitée axialement par deux faces d'extrémité 312, 313 d'orientation radiale. Des encoches 33 sont ménagées longitudinalement à la périphérie externe du corps 31. Pour former le 25 bobinage, un ensemble de conducteurs 36 sont enfilés à l'intérieur de chacune de ces encoches 33. En outre, le rotor 30 est pourvu d'un collecteur 37 comprenant une pluralité de pièces de contact, ici des lames 39 électriquement conductrices auxquelles les extrémités des conducteurs 36 sont soudées. Dans un exemple de réalisation, les lames 39 ainsi que les conducteurs 36 sont réalisés en cuivre. Les lames 39 du collecteur 37 sont portées par un support 40 en matière plastique solidaire de l'arbre 32. Le support 40 du collecteur est, pour une bonne tenue en température, en matière plastique thermodurcissable, telle qu'une matière plastique phénolique thermodurcissable par exemple de la bakélite. En l'occurrence, le colleteur 37 qui présente des lames 39 s'étendant longitudinalement côte à côte sur la périphérie externe du support 40 est du type « tambour ». Toutefois, en variante, le collecteur 37 utilisé pourra être un collecteur de type plat.

Plus précisément, chaque conducteur 36 est ici revêtu d'une couche électriquement isolante 360, telle que de l'émail, et présente deux branches 361, 362 reliées par un fond 363 de manière à former un U. Les extrémités d'un conducteur 36 soudées sur les lames 39 sont constituées par les extrémités libres de chaque branche 361, 362. Comme cela est visible sur la figure 7, les conducteurs 36 sont enfilés à l'intérieur des encoches 33 sur deux couches distinctes : la couche supérieure et la couche inférieure. Si une des branches 361, 362 est positionnée dans la couche inférieure alors l'autre branche 361, 362 se situe dans la couche supérieure et inversement. La section transversale des conducteurs 36 peut être ronde ou carrée ou rectangulaire. Les parties des conducteurs 36 s'étendant en saillie par rapport aux faces d'extrémités 312, 313 du corps 31 du rotor 30 forment les chignons 43, 44 du bobinage. Comme montré sur la figure 7, un isolant d'encoche 46 est positionné autour des branches 361, 362 des conducteurs. En l'occurrence, cet isolant 46 présente une section en forme de S. Cet isolant permet de ne pas blesser les conducteurs 36 (revêtus de la mince couche d'émail 360) lors de leur montage dans le paquet de tôles du rotor 30 doté par définition de bavures et cannelé pour montage à force du paquet de tôles du rotor. Cela isole également électriquement les conducteurs 36 par rapport au paquet de tôles relié à la masse via le carter du démarreur. En outre, le jeu entre l'isolant 46 et les bords des encoches 33 est comblé par un vernis d'imprégnation. Des frettes 49, 50 en matière électriquement isolante visibles sur la figure 1 sont enfilées autour des chignons 43, 44. Ainsi, une première frette 49 est enfilée autour du chignon 43 situé du côté du collecteur 37 et formé notamment par les extrémités des branches des conducteurs 36. Une deuxième frette 50 est enfilée autour du chignon 44 situé du côté opposé et formé notamment par les fonds 363 et une partie des branches 361, 362 des conducteurs 36 situées à proximité des fonds 363. Ces frettes 49, 50 montrées en détails sur les figures 4a à 4c maintiennent radialement les conducteurs 36 pour éviter que les effets de la force centrifuge s'exercent sur les chignons 43, 44. Chaque frette 49, 50 est munie de moyens de retenue 48 de la frette axialement par rapport au corps 31 et en rotation par rapport à un axe Y de la frette 49, 50. Cet axe Y est sensiblement confondu avec l'axe X du rotor lorsque la frette 48, 49 est positionnée autour du chignon 43, 44 du bobinage correspondant. Plus précisément, ces frettes 49, 50 présentent une paroi annulaire 51 d'orientation axiale ayant une périphérie interne 52 destinée à être plaquée contre une périphérie externe du chignon 43, 44 correspondant et une périphérie externe 53 tournée vers l'extérieur de la frette. La périphérie interne 52 et la périphérie externe 53 sont reliées par des bords 54, 55 d'extrémités axiales. Un des bords 54 est destiné à être positionné à proximité d'une face d'extrémité 312, 313 du rotor 30 tandis que l'autre bord 55 est destiné à être positionné axialement du côté opposé. Dans le mode de réalisation des figures 4a à 4c et de la figure 6a, les moyens de retenue 48 comportent des ouvertures traversantes 63 pour le passage du vernis d'imprégnation ménagées dans la paroi 51. Ces ouvertures 63 ont un axe Z d'orientation radiale par rapport à l'axe Y de la paroi de la frette 49, 50. Ainsi, comme cela est bien visible sur la figure 6a, le vernis d'imprégnation pourra pénétrer à l'intérieur des ouvertures 63 jouant un rôle de moule pour former des saillies 64 dans la couche de vernis 68 située au niveau de la périphérie externe du chignon 43, 44. Ces saillies 64 ont une forme complémentaire des ouvertures 63. Ainsi, les frettes 49, 50 seront retenues axialement et en rotation par les saillies 64 en prise avec les ouvertures 63. A cet effet, on utilise un vernis par exemple à base de résine epoxy applicable à chaud qui se rigidifie au cours de sa polymérisation. Autrement dit, les ouvertures 63 ménagées dans la paroi 51 des frettes 49, 50 agissent comme un verrou axial et bloquent en rotation les frettes 49, 50 qui sont retenues par le vernis d'imprégnation polymérisé pénétrant à l'intérieur des ouvertures 63.

Une telle liaison mécanique entre la frette 49, 50 et la couche de vernis permet de monter chaque frette 49, 50 autour du chignon 43, 44 correspondant soit avec un jeu positif soit avec un jeu négatif correspondant à un serrage moindre que dans les systèmes existants en sorte qu'il existe un léger espace entre les conducteurs 36 voisins des chignons comme cela ressort clairement de la figure 5a. Cela permet d'assurer une migration du vernis d'imprégnation 68' à l'intérieur des chignons 43, 44 et donc une bonne isolation entre les conducteurs 36 comme montré sur la figure 5b. En l'occurrence, chaque frette 49, 50 comporte six ouvertures 63 espacées angulairement de manière régulière autour de la paroi 51 de la frette 49, 50.

Il existe ainsi un écart angulaire A de l'ordre de 60 degrés entre deux ouvertures 63 consécutives (cf. figure 4c). Bien entendu, le nombre d'ouvertures 63 pourra varier en fonction de l'application. En variante, les ouvertures 63 ne sont pas traversantes. En variante, les ouvertures 63 présentent un axe Z d'orientation axial par rapport à l'axe Y de la paroi 51 en prenant par exemple la forme d'ouvertures allongées de forme rectangulaire s'étendant entre les bords 54, 55 de la paroi annulaire 51 des frettes. De préférence, les frettes 49, 50 et les chignons 43, 44 sont montés entre eux avec un jeu compris de préférence entre plus 0.15mm et moins 0.14mm. Un jeu positif implique que la frette 49, 50 présente un diamètre interne D1 plus grand que le diamètre externe D2 du chignon 43, 44 correspondant (les chignons 43 et 44 pouvant avoir des diamètres externes D2 différents) tandis qu'un jeu négatif implique que la frette 49, 50 présente un diamètre interne D1 plus petit que le diamètre externe D2 du chignon 43, 44 correspondant. Toutefois, dans certaines applications, il est possible d'augmenter le serrage 30 jusqu'à des jeux négatifs de l'ordre de moins 0.25mm. De préférence, la frette 49, 50 présente un diamètre interne D1 compris entre 47.55mm et 47.65mm; tandis que le chignon présente un diamètre externe D2 (cf. figure 1) compris entre 47.5mm et 47.8mm.

Dans l'exemple de réalisation particulier montré sur la figure 4b, chaque frette 49, 50 présente un diamètre interne D1 de l'ordre de 47.6mm, une largeur L1 de l'ordre de 5mm et une épaisseur L2 de l'ordre de 1mm. Les ouvertures 63 présentent un diamètre L3 de l'ordre de 2.5mm.

Dans un autre mode de réalisation montré sur la figure 6b, les moyens de retenue 48 comportent des protubérances 69 en remplacement ou en complément des ouvertures 63. Ces protubérances 69 prennent par exemple la forme de tige cylindrique de faibles dimensions issue de la périphérie interne 52 de la paroi de la frette 49, 50 et dirigée vers l'intérieur de la frette 49, 50. Ainsi, au cours de la phase d'imprégnation, les frettes 49, 50 vont imposer à la couche de vernis 68 une forme telle que les protubérances 69 vont pénétrer à l'intérieur de creux 70 de la couche de vernis 68. Ainsi, les frettes 49, 50 seront retenues axialement et en rotation par rapport à l'axe Y par lesdites protubérances 69 en prise avec les creux 70 après polymérisation de la couche de vernis 68. De préférence, les frettes 49, 50 sont réalisées dans un matériau électriquement isolant. En outre les frettes 49, 50 sont avantageusement réalisées en un seul tenant, c'est-à-dire qu'il existe une continuité de matière entre les différentes zones d'une frette 49, 50.

Par ailleurs, comme cela est visible sur la figure 1, une troisième frette 75 assure une retenue radiale des conducteurs 36 pour éviter que les effets de la force centrifuge s'exercent sur les soudures des extrémités des conducteurs 36 entre elles et sur les lames 39 du collecteur 37. Le rotor 30 pourra comporter à une extrémité de son arbre 32 une roue d'engrenage 78 située du côté opposé du collecteur 37 et destinée à former un planétaire dans un système de réduction de vitesse à train épicycloïdal d'un démarreur, comme décrit par exemple dans le document FR2787833. L'invention a également pour objet la machine électrique équipée du rotor 30 précédemment décrit.30

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Rotor (30) bobiné comportant - un corps (31) de forme cylindrique monté sur un arbre (32), - un collecteur (37) comprenant un ensemble de lames (39) électriquement conductrice, - des encoches (33) ménagées longitudinalement sur une périphérie externe du corps (31) du rotor, et - un bobinage formé par un ensemble de conducteurs (36) insérés au moins en partie à l'intérieur des encoches (33) et reliés électriquement aux lames (39) du collecteur (37), des parties des conducteurs (36) s'étendant en saillie par rapport à des faces radiales d'extrémité axiale du corps du rotor constituant des chignons (43, 44) du bobinage, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une frette (49, 50) montée axialement par rapport au corps (31) autour d'un chignon (43, 44) ayant une paroi (51) annulaire munie de moyens de retenue (48) de la frette pour solidariser la frette au chignon axialement et en rotation par rapport à un axe (Y) de la frette (49, 50).
2. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de retenue (48) de la frette (49, 50) sont destinés à imposer une forme à une couche de d'imprégnation (68) située en périphérie du chignon (43, 44) telle que la frette (49, 50) est retenue par ladite couche d'imprégnation (68).
3. 3. Rotor selon la revendication 2, dans lequel la couche d'imprégnation est une couche de vernis d'imprégnation sur l'ensemble du rotor pour rigidifier ledit rotor.
4. 4. Rotor selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de retenue (48) comportent au moins un trou (63) réalisé dans la paroi (51) de la frette (49, 50) pour le passage de la couche d'imprégnation de sorte que la couche d'imprégnation (68) présente au moins une saillie (64) pénétrant à l'intérieur du trou (63).
5. 5 Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que le trou est une ouverture (63) est traversante.6. Rotor selon la revendication 5 ou 4, caractérisé en ce que le trou (63) présente un axe (Z) orienté radialement par rapport à l'axe (Y) de la frette (49, 50). 7. Rotor selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que les moyens de retenue comportent une pluralité d'ouvertures (63) espacées angulairement de manière régulière autour de la paroi (51) de la frette. 8. Rotor selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les moyens de retenue (48) comportent au moins une protubérance (69) destinée à pénétrer à l'intérieur d'au moins un creux (70) de la couche de vernis d'imprégnation (68). 9. Rotor selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la frette (49, 50) et le chignon (43, 44) sont montés entre eux avec un jeu compris entre plus 0.15mm et moins 0.14mm. 10. Rotor selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la frette (49, 50) présente un diamètre interne (D1) compris entre 47.55mm et 47.65mm tandis que le chignon (43, 44) présente un diamètre externe (D2) compris entre 47.5mm et 47.8mm. 11. Rotor selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la frette (49, 50) est réalisée dans un matériau électriquement isolant. 12. Rotor selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte deux frettes (49, 50) positionnées chacune autour d'un chignon. 13. Rotor selon quelconque des revendications précédentes, dans lequel deux portions des conducteurs entourée par la frette délimitées par le plan radial de la frette sont en contact par le biais d'une couche 25 d'imprégnation. 14. Machine électrique caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (30) selon l'une des revendications précédentes.