FR3039938A1 - Ensemble pour machine electrique tournante comportant un collecteur fixe au moyen d'une goupille - Google Patents

Abstract

L'invention porte principalement sur un ensemble pour machine électrique tournante. Cet ensemble comporte : - un collecteur (45) comportant au moins un conducteur (50), - un roulement, - un élément de support (13) d'une bague intérieure dudit roulement, et -au moins une rainure (131, 75) ménagée dans ledit élément de support (13) pour assurer un passage, sous ledit roulement, dudit conducteur (50) destiné à alimenter une bobine. L'ensemble comporte, en outre, une goupille (54) assurant une liaison entre ledit collecteur (45) et ledit élément de support (13).

Description

ENSEMBLE POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE COMPORTANT UN COLLECTEUR FIXÉ AU MOYEN D'UNE GOUPILLE

La présente invention porte sur un ensemble pour machine électrique tournante comportant un collecteur fixé au moyen d'une goupille. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs pour véhicule automobile. Un tel alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Un tel alternateur réversible est appelé alterno-démarreur et permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. L'invention pourra également être mise en œuvre avec un moteur de type électrique.

De façon connue en soi, un alternateur tel que décrit dans le document EP0762617 comporte un carter et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes, solidaire en rotation de manière directe ou indirecte d'un arbre, et un stator qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer. Une poulie est fixée sur l'extrémité avant de l'arbre.

Le stator comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches équipées d'isolant d'encoches pour le montage du bobinage du stator. Le bobinage comporte une pluralité d’enroulements de phase traversant les encoches du corps et formant, avec tous les enroulements de phase, un chignon avant et un chignon arrière de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme de barres, tels que des épingles en forme de U dont les extrémités sont reliées entre elles par exemple par soudage.

Ces enroulements de phase sont, par exemple, des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à au moins un module électronique de redressement comportant des éléments redresseurs, tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'un alterno-démarreur.

Par ailleurs, le rotor comporte deux roues polaires. Chaque roue polaire présente un flasque d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de dents par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les dents d'une roue sont dirigées axialement vers le flasque de l'autre roue, la dent d'une roue polaire pénétrant dans l'espace existant entre deux dents voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les dents des roues polaires soient imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les flasques des roues polaires. Ce noyau porte à sa périphérie externe un bobinage d'excitation bobiné dans un isolant intercalé radialement entre le noyau et ce bobinage.

En outre, le carter comporte des paliers avant et arrière assemblés ensemble. Les paliers sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes pour le montage à rotation de l'arbre du rotor. Le palier arrière porte un porte-balais muni de balais destinés à venir frotter contre des bagues d'un collecteur décrit ci-après, un régulateur de tension, et au moins un pont redresseur.

Comme on peut le voir sur la figure 1, le collecteur 1 est réalisé par surmoulage de matière isolante sur des éléments électriquement conducteurs. Plus précisément, le collecteur 1 comprend un corps cylindrique 2 ayant à sa surface extérieure deux bagues collectrices 3, et des éléments de connexion 4 avec les extrémités de fils du bobinage rotorique.

Des conducteurs 5 assurent une liaison électrique entre les bagues 3 et les éléments de connexion 4. Des bretelles 6 surmoulées autour des conducteurs s'étendent axialement entre la partie tubulaire du corps 2 portant les bagues 3 et la partie annulaire du corps 2 portant les éléments de connexion 4.

Les bretelles 6 et les conducteurs 5 correspondants sont destinés à être insérés à l'intérieur de rainures 7 ménagées dans l'arbre 8 de manière à passer sous un roulement arrière (non représenter) pour alimenter la bobine du rotor, via les éléments de connexion 4.

Le montage du collecteur 1 sur l'arbre 8 par emmanchement à force engendre des contraintes importantes induisant des copeaux lors du coulissement à l'intérieur des rainures 7 et donc un risque de détérioration de la matière isolante du collecteur 1. L’invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un ensemble pour machine électrique tournante comportant : - un collecteur comportant au moins un conducteur, - un roulement, - un élément de support d'une bague intérieure dudit roulement, et - au moins une rainure ménagée dans ledit élément de support pour assurer un passage, sous ledit roulement, dudit conducteur destiné à alimenter une bobine, caractérisé en ce que l’ensemble comporte, en outre, une goupille assurant une liaison entre ledit collecteur et ledit élément de support. L’invention permet ainsi de limiter les risques de détérioration du collecteur lors du montage en réduisant la longueur de l’élément support sur laquelle le collecteur est emmanché du fait de l'utilisation de la goupille sur laquelle repose en partie le collecteur. En outre, l'utilisation de la goupille permet également de réduire la longueur de la rainure entraînant ainsi une meilleure tenue mécanique et une diminution de copeaux d'usinage et donc de coûts.

Selon une réalisation, une longueur axiale de ladite rainure est inférieure à trois fois une largeur axiale dudit roulement.

Selon une réalisation, ladite goupille est rapportée par rapport audit collecteur.

Selon une réalisation, ledit collecteur est surmoulé, au moins en partie, autour de ladite goupille.

Selon une réalisation, ladite goupille, qui comporte un tronçon moleté, est emmanchée dans un alésage correspondant dudit élément de support.

Selon une réalisation, ledit élément de support est constitué par un arbre.

Selon une réalisation, ledit élément de support est constitué par un noyau comportant une portion centrale de bobinage, ainsi qu’une première et une deuxième portées de roulement positionnées respectivement de part et d’autre de ladite portion centrale de bobinage.

Selon une réalisation, ledit noyau comporte en outre un premier et un deuxième tronçons de liaison avec une roue polaire positionnés respectivement de part et d’autre de ladite portion centrale de bobinage.

Selon une réalisation, ledit noyau comporte en outre un premier et un deuxième tronçons de centrage d’une roue polaire positionnés respectivement de part et d’autre de ladite portion centrale de bobinage.

Selon une réalisation, ledit collecteur est de type cylindrique.

Selon une réalisation, ledit conducteur est noyé dans un matériau isolant constituant une bretelle s'étendant entre une partie dudit collecteur portant au moins une bague et une partie annulaire dudit collecteur portant un élément de connexion à un fil de bobinage.

Selon une réalisation, ledit collecteur est de type plat.

Selon une réalisation, la goupille comporte un métal.

Selon une autre réalisation, la goupille comporte un matériau plastique. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, caractérisée en ce qu’elle comporte un ensemble tel que précédemment défini. 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 et nullement limitatif de l’invention.

La figure 1, déjà décrite, est une vue de côté d'un collecteur destiné à être fixé sur un arbre de la machine électrique selon l'état de la technique;

La figure 2 montre, schématiquement et partiellement, une vue en coupe longitudinale d'un alternateur selon un mode de réalisation de la présente invention;

La figure 3 montre, schématiquement et partiellement, une vue de côté du collecteur, d'une goupille et d'un élément support de roulement formé par un arbre appartenant à un ensemble selon un mode de réalisation de la présente invention;

La figure 4 montre, schématiquement et partiellement, une vue de côté du collecteur illustrant un mode de réalisation dans lequel le collecteur est surmoulé autour de la goupille;

La figure 5 illustre un mode de réalisation de la présente invention dans lequel l'élément support est constitué par un noyau auquel est fixée la goupille;

La figure 6 montre, schématiquement et partiellement, une vue de face d'un collecteur de type plat pouvant également être utilisé dans l'ensemble selon un mode de réalisation de la présente invention.

Sur les figures 2 à 6, les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. Dans la suite de la description, on considère qu'un élément "avant" est situé du côté de la poulie de la machine et qu'un élément "arrière" est situé du côté opposé.

On a représenté sur la figure 2 un alternateur 10 compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. Cet alternateur 10 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Un tel alternateur 10 réversible, appelé alterno-démarreur, permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule.

Cet alternateur 10 comporte un carter 11 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes 12 monté sur un arbre 13, et un stator 16, qui entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer 17. L'axe X de l'arbre 13 forme l'axe de rotation du rotor 12.

Le stator 16 comporte un corps 19 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage des phases du stator 16. Chaque phase comporte au moins un enroulement traversant les encoches du corps 19 du stator 16 et forme, avec toutes les phases, un chignon avant 20 et un chignon arrière 21 de part et d'autre du corps 19 du stator 16.

Les enroulements sont obtenus, par exemple, à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme de barres, tels que des épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à au moins un pont redresseur comportant des éléments redresseurs tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'un alterno-démarreur comme décrit par exemple dans le document FR2745445.

Le rotor 12 comporte deux roues polaires 24, 25 présentant chacune un flasque 28 d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de dents 29 par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les dents 29 d'une roue 24, 25 sont dirigées axialement vers le flasque 28 de l'autre roue. La dent 29 d'une roue polaire 24, 25 pénètre dans l'espace existant entre deux dents 29 voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les dents 29 des roues polaires 24, 25 soient imbriquées les unes par rapport aux autres.

La périphérie externe des dents 29 est d'orientation axiale et définit avec la périphérie interne du corps 19 du stator 16 l'entrefer 17 entre le stator 16 et le rotor 12.

Un noyau cylindrique 30 est intercalé axialement entre les flasques 28 des roues 24, 25. En l'occurrence, le noyau 30 consiste en deux demi-noyaux appartenant chacun à l'un des flasques 28. Ce noyau 30 porte à sa périphérie externe une bobine d'excitation 31 bobiné dans un isolant 32 intercalé radialement entre le noyau 30 et la bobine 31.

Par ailleurs, le carter 11 comporte des paliers avant 35 et arrière 36 assemblés ensemble. Les paliers 35, 36 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement 37, 38 à billes pour le montage à rotation de l'arbre 16 du rotor. En outre, le palier arrière 36 porte un porte-balais 40 muni de balais 41 destinés à venir frotter contre des bagues 44 d'un collecteur 45 décrit plus en détails ci-après, un régulateur de tension et au moins un pont redresseur (non représenté).

Dans l’exemple de réalisation de la figure 3, le collecteur 45, dit de type cylindrique, est réalisé par surmoulage de matière isolante sur des éléments électriquement conducteurs. Plus précisément, le collecteur 45 comprend un corps cylindrique 46 ayant à sa surface extérieure deux bagues collectrices 44, et des éléments de connexion 47 avec les extrémités de fils de la bobine 31.

En variante, un collecteur suivant le document FR2969839 peut être utilisé en lieu et place du collecteur cylindrique 45.

Des conducteurs 50 assurent respectivement une liaison électrique entre une des bagues 44 et un élément de connexion 47 correspondant. Des bretelles 51 surmoulées autour des conducteurs 50 s'étendent axialement entre la partie tubulaire du corps 46 portant les bagues 44 et la partie annulaire du corps 46 portant les éléments de connexion 47.

Les bretelles 51 et les conducteurs 50 associés sont destinés à être insérés à l'intérieur de rainures 131 ménagées dans l'arbre 13 de manière à passer sous une bague interne du roulement arrière 38 pour alimenter la bobine 31, via les éléments de connexion 47.

Une goupille 54 assure une liaison entre le collecteur 45 et l'arbre 13 qui présente alors une extrémité arrière raccourcie. Ainsi, une longueur axiale L1 de chaque rainure 131 est inférieure à trois fois une largeur axiale L2 (cf. figure 2) du roulement arrière 38 correspondant. Dans l'exemple de réalisation, la goupille 54 est une pièce tubulaire allongée réalisée en métal. En variante, la goupille 54 pourra être réalisée dans un autre matériau tel qu'un matériau plastique, et la section de la goupille 54 pourra être autre que ronde comme par exemple carrée ou rectangulaire. Le choix de la configuration de la goupille 54 dépend de l'application.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la goupille 54 est rapportée par rapport au collecteur 45. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le collecteur 45 est surmoulé, au moins en partie, autour de la goupille 54. En particulier, la partie du corps 46 portant les bagues 44 pourra être surmoulée, en partie, autour de la goupille 54. En variante, la goupille 54 et le collecteur 45 peuvent être formés d’un seul tenant. Dans tous les cas, la goupille 54, qui comporte, ici, un tronçon moleté 541, est emmanchée dans un alésage 132 correspondant de l'arbre 13 pour assurer sa fixation sur l'arbre 13. L'arbre 13 comporte par ailleurs dans sa partie centrale une portion moleté 133 destinée à être emmanchée à force dans l'alésage central des roues polaires 24, 25. L'arbre 13 comporte également des portées de roulement 134, 135 destinées à supporter chacune la bague interne d'un roulement 37, 38 correspondant. Du côté de son extrémité avant, l'arbre 13 comporte une partie filetée 136 pour la fixation d'une poulie 57 visible sur la figure 2. La poulie 57 appartient à un dispositif de transmission de mouvements, via au moins une courroie, entre l'alternateur 10 et le moteur thermique du véhicule automobile.

Dans le mode de réalisation illustré par la figure 5, le rotor 12 comprend un corps comprenant un noyau 61 et les deux roues polaires 24, 25. Le rotor 12 est alors dépourvu d'arbre 13. Plus précisément, le noyau 61 comporte une portion centrale 64 de bobinage, ainsi qu'une première et une deuxième portées de roulement 65, 66 destinées à supporter chacune la bague interne d'un roulement 37, 38 correspondant. Les portées 65, 66 sont positionnées respectivement de part et d’autre de la portion centrale 64 de bobinage. Le noyau 61 comporte en outre un premier et un deuxième tronçons de liaison 68, 69 pour la liaison du noyau 61 avec les roues polaires 24, 25. Les tronçons de liaison 68, 69 sont positionnés respectivement de part et d’autre de la portion centrale 64 de bobinage. Chaque tronçon de liaison 68, 69 est de préférence moleté. En variante, chaque tronçon de liaison 68, 69 pourra correspondre à une zone de liaison par soudure ou sertissage avec les roues polaires 24, 25.

Dans cet exemple, afin d'améliorer la co-axialité entre le noyau 61 et les roues polaires 24, 25, le noyau 61 comporte un premier et un deuxième tronçons de centrage 71,72 pour assurer le centrage des roues polaires 24, 25 par rapport au noyau 61. Les tronçons de centrage 71, 72 sont positionnés respectivement de part et d’autre de la portion centrale 64 de bobinage.

De préférence, de chaque côté de la portion centrale 64 de bobinage, une portée de roulement 65, 66, un tronçon de liaison 68, 69 et un tronçon de centrage 71, 72 correspondants sont réalisés dans une même portion cylindrique 81, 82. Toujours de préférence, chaque portion cylindrique 81, 82 vient de matière avec la portion centrale 64 de bobinage. On facilite ainsi la réalisation de l’ensemble qui pourra être obtenu au cours d’une même opération de fabrication, par exemple une opération d’usinage. Les portions cylindriques 81, 82 et la portion centrale 64 de bobinage sont co-axiales suivant l'axe X1 destiné à être confondu avec l'axe X.

Dans cet exemple, sur chaque portion cylindrique 81, 82, le tronçon de liaison 68, 69 est positionné entre le tronçon de centrage 71, 72 et la portée de roulement 65, 66 correspondants. Un diamètre externe D1 d’un tronçon de centrage 71,72 est avantageusement légèrement supérieur à un diamètre externe D2 d’un tronçon de liaison 68, 69 correspondant. Dans ce cas, chaque roue polaire 24, 25 présente un diamètre interne étagé pour coopérer respectivement avec le tronçon de centrage 71, 72 et le tronçon de liaison 68, 69 correspondants.

La goupille 54 assure une liaison entre le collecteur 45 et le noyau 61. Deux rainures 75, sensiblement diamétralement opposées, sont, ici, ménagée dans la portée de roulement arrière 66 pour assurer chacune le passage d’une bretelle 51 et du conducteur 50 correspondant.

Dans ce cas, le tronçon moleté 541 de la goupille 54 est emmanché dans un alésage 76 correspondant du noyau 61 pour assurer sa fixation sur le noyau 61.

Dans le mode de réalisation représenté, la goupille 54 est rapportée par rapport au collecteur 45. En variante, le collecteur 45 est surmoulé au moins en partie autour de la goupille 54. En outre, la longueur axiale L1 de chaque rainure 75 est inférieure à trois fois une largeur axiale L2 du roulement arrière 38 correspondant.

En variante, comme cela est illustré sur la figure 6, le collecteur 45 est un collecteur de type plat et comporte deux bagues 44 formées par des anneaux concentriques de diamètres différents s'étendant dans un plan sensiblement radial par rapport à l'axe X de la machine. Dans ce cas, les balais 41 s'étendent suivant une direction axiale par rapport à l'axe X.

Un exemple de collecteur dont l’une des bagues s'étend dans un plan sensiblement radial par rapport à l'axe X de la machine est décrit dans le document FR2969839. L’homme du métier pourra s’y référer pour plus d’informations sur chacune des bagues 44 s'étendant dans un plan sensiblement radial par rapport à l'axe X.

Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS

   1. Ensemble pour machine électrique tournante comportant : - un collecteur (45) comportant au moins un conducteur (50), - un roulement (38), -un élément de support (13, 61) d'une bague intérieure dudit roulement (38), et -au moins une rainure (131, 75) ménagée dans ledit élément de support (13, 61) pour assurer un passage, sous ledit roulement (38), dudit conducteur (50) destiné à alimenter une bobine, caractérisé en ce que l’ensemble comporte, en outre, une goupille (54) assurant une liaison entre ledit collecteur (45) et ledit élément de support (13, 61).
2. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’une longueur axiale de ladite rainure (131, 75) est inférieure à trois fois une largeur axiale dudit roulement (38).
3. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite goupille (54) est rapportée par rapport audit collecteur (45).
4. 4. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit collecteur (45) est surmoulé, au moins en partie, autour de ladite goupille (54).
5. 5. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite goupille (54), qui comporte un tronçon moleté (541), est emmanchée dans un alésage (76, 132) correspondant dudit élément de support (13, 61 ).
6. 6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit élément de support est constitué par un arbre (13).
7. 7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit élément de support est constitué par un noyau (61) comportant une portion centrale (64) de bobinage, ainsi qu’une première et une deuxième portées de roulement (65, 66) positionnées respectivement de part et d’autre de ladite portion centrale (64) de bobinage.
8. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit noyau (61) comporte en outre un premier et un deuxième tronçons de liaison (68, 69) avec une roue polaire (24, 25) positionnés respectivement de part et d’autre de ladite portion centrale (64) de bobinage.
9. 9. Ensemble selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit noyau (61) comporte en outre un premier et un deuxième tronçons de centrage (71, 72) d’une roue polaire (24, 25) positionnés respectivement de part et d’autre de ladite portion centrale (64) de bobinage.
10. 10. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit collecteur (45) est de type cylindrique.
11. 11. Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit conducteur (50) est noyé dans un matériau isolant constituant une bretelle (51) s'étendant entre une partie dudit collecteur (45) portant au moins une bague (44) et une partie annulaire dudit collecteur (45) portant un élément de connexion (47) à un fil de bobinage.
12. 12. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit collecteur (45) est de type plat.
13. 13. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la goupille (54) comporte un métal.
14. 14. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la goupille (54) comporte un matériau plastique.
15. 15. Machine électrique tournante, caractérisée en ce qu’elle comporte un ensemble tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 14.