FR3079363A1 - ROTOR, IN PARTICULAR FOR ELECTRIC MACHINE, COMPRISING A FREIGHT SHAFT IN A STACK OF SHEETS, AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A ROTOR - Google Patents
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Abstract
Rotor bobiné, notamment pour machine électrique, comprenant un arbre de rotation (12) fretté, sur une première portion cylindrique (12a) de l'arbre (12), dans un empilement (16) de tôles formant un noyau (14) et délimitée chacune par un contour extérieur (16a) et un alésage intérieur (16b). Le rotor (10) comprend une entretoise annulaire (18) disposée radialement dans ledit alésage intérieur (16b) entre l'arbre de rotation (12) et le noyau (14).Coiled rotor, in particular for an electric machine, comprising a shaft (12) shrunk on a first cylindrical portion (12a) of the shaft (12) in a stack (16) of sheets forming a core (14) and defined each by an outer contour (16a) and an inner bore (16b). The rotor (10) includes an annular spacer (18) radially disposed in said inner bore (16b) between the rotation shaft (12) and the core (14).
Description
Rotor, notamment pour machine électrique, comprenant un arbre fretté dans un empilement de tôles, et procédé de fabrication d’un tel rotorRotor, in particular for an electrical machine, comprising a shaft hooped in a stack of sheets, and method for manufacturing such a rotor
La présente invention concerne le domaine des rotors pour les machines électriques tournantes, et en particulier des rotors bobinés.The present invention relates to the field of rotors for rotary electrical machines, and in particular wound rotors.
Les rotors bobinés comprennent généralement un noyau métallique fixé sur un arbre de rotation et s’étendant radialement suivant plusieurs portions autours desquelles sont réalisés les différents bobinages du rotor. Le noyau comprend un empilement de tôles fines afin de limiter les pertes par courant de Foucault.The wound rotors generally comprise a metal core fixed to a rotation shaft and extending radially along several portions around which the different windings of the rotor are made. The core includes a stack of thin sheets in order to limit the losses by eddy current.
Pour assembler l’empilement de tôles et l’arbre de rotation, il est connu de réaliser un frettage, par exemple thermique ou mécanique.To assemble the stack of sheets and the rotation shaft, it is known to make a hooping, for example thermal or mechanical.
Afin d’assembler l’arbre de rotation à l’empilement de tôles par frettage mécanique, il est connu de prévoir dans l’alésage de l’empilement de tôles une pluralité de languettes radiales destinées à venir se déformer et assurer la liaison entre l’empilement de tôles et l’arbre de rotation.In order to assemble the rotation shaft to the stack of sheets by mechanical shrinking, it is known to provide in the bore of the stack of sheets a plurality of radial tongues intended to come to deform and ensure the connection between the 'stack of sheets and the rotation shaft.
On peut se référer à cet égard au document FR 2 977 740 -Al (Renault) qui décrit un rotor comprenant un arbre fretté dans un empilement de tôles.Reference may be made in this regard to document FR 2 977 740 -Al (Renault) which describes a rotor comprising a shaft hooped in a stack of sheets.
Toutefois, lors de l’opération d’emmanchement de l’arbre de rotation dans l’alésage de l’empilement de tôles, la déformation des languettes entraîne également une déformation des tôles empilées. Ce phénomène est connu sous le nom de « mise en parapluie » de l’empilement de tôles créé par un cumul de deux efforts, à savoir un effort axial d’emmanchement de l’arbre de rotation directement sur les tôles empilées et un effort radial de frettage de l’arbre sur le noyau du rotor. Les languettes sont ainsi déformées plastiquement pour obtenir le serrage sur l’arbre de rotation.However, during the fitting operation of the rotation shaft in the bore of the stack of sheets, the deformation of the tongues also causes a deformation of the stacked sheets. This phenomenon is known by the name of “umbrella” of the stack of sheets created by a combination of two efforts, namely an axial effort to fit the rotation shaft directly onto the stacked sheets and a radial effort hooping of the shaft on the rotor core. The tongues are thus plastically deformed to obtain tightening on the rotation shaft.
De plus, la déformation des tôles empilées entraîne un mauvais maintien du guide tête de bobine, ce qui génère des fils croisés lors du bobinage.In addition, the deformation of the stacked sheets results in poor maintenance of the coil head guide, which generates crossed wires during winding.
Il existe donc un besoin d’améliorer l’assemblage des arbres de rotation avec l’empilement de tôles d’un rotor bobiné, tout en évitant l’endommagement les tôles empilées.There is therefore a need to improve the assembly of the rotation shafts with the stack of sheets of a wound rotor, while avoiding damage to the stacked sheets.
La présente invention a pour objet un rotor bobiné pour moteur électrique comprenant un arbre de rotation fretté, sur une première portion cylindrique de l’arbre, dans un empilement de tôles formant un noyau et délimitée chacune par un contour extérieur et un alésage intérieur.The present invention relates to a wound rotor for an electric motor comprising a hooped rotation shaft, on a first cylindrical portion of the shaft, in a stack of sheets forming a core and each delimited by an outer contour and an inner bore.
Le rotor comprend une entretoise annulaire disposée radialement dans ledit alésage intérieur entre l’arbre de rotation et le noyau.The rotor includes an annular spacer arranged radially in said inner bore between the rotation shaft and the core.
Grâce à l’entretoise, l’effort axial d’emmanchement de l’arbre n’est pas transmis directement à l’empilement de tôles. L’empilement de tôles n’est donc plus endommagé par l’emmanchement de l’arbre et la mise en parapluie et donc l’endommagement des tôles empilées lors de l’emmanchement de l’arbre de rotation est évitée.Thanks to the spacer, the axial force for fitting the shaft is not transmitted directly to the stack of sheets. The stack of sheets is therefore no longer damaged by the fitting of the shaft and the umbrella and therefore the damage to the stacked sheets during the fitting of the rotation shaft is avoided.
Par exemple, l’entretoise annulaire a une longueur sensiblement égale à la longueur du noyau.For example, the annular spacer has a length substantially equal to the length of the core.
Avantageusement, le diamètre extérieur de l’entretoise est sensiblement supérieur au diamètre intérieur des languettes, de manière à créer un ajustement serré entre le noyau et ladite entretoise.Advantageously, the outside diameter of the spacer is substantially greater than the inside diameter of the tongues, so as to create a tight fit between the core and said spacer.
Avantageusement, le diamètre intérieur de l’entretoise est sensiblement inférieur au diamètre extérieur de l’arbre, de manière à créer un ajustement serré entre l’arbre et ladite entretoise.Advantageously, the inner diameter of the spacer is significantly less than the outer diameter of the shaft, so as to create a tight fit between the shaft and said spacer.
Par exemple, l’épaisseur de l’entretoise est comprise entre 1mm et 2.5mm, par exemple entre 1.2mm et 2mm, par exemple égale à 1,5mm.For example, the thickness of the spacer is between 1mm and 2.5mm, for example between 1.2mm and 2mm, for example equal to 1.5mm.
L’entretoise peut être réalisée en matière métallique, par exemple un acier, tel que par exemple un acier au carbone laminé de type XC48.The spacer can be made of metallic material, for example a steel, such as for example a rolled carbon steel of type XC48.
Selon un mode de réalisation, l’entretoise comprend un épaulement en appui axial contre le noyau.According to one embodiment, the spacer comprises a shoulder bearing axially against the core.
Avantageusement, l’alésage intérieur de chaque tôle comprend une pluralité de languettes réparties régulièrement sur la circonférence de l’alésage intérieur et s’étendant radialement vers l’intérieur, lesdites languettes étant superposées lors de l’empilement des tôles.Advantageously, the internal bore of each sheet comprises a plurality of tabs distributed regularly over the circumference of the internal bore and extending radially inwards, said tabs being superimposed during the stacking of the sheets.
Par exemple, chaque tôle comprend quatre bras de support de bobinage s’étendant radialement vers l’extérieur et qui se déduisent géométriquement l’un de l’autre par une rotation d’angle π/2, chaque bras étant en outre symétrique par rapport à sa ligne médiane. Chacun des bras peut se terminer par une extrémité en arc de cercle. Chacun des bras peut présenter, de part et d’autre, deux encoches rectangulaires.For example, each sheet comprises four winding support arms extending radially outward and which are geometrically deduced from one another by a rotation of angle π / 2, each arm being moreover symmetrical with respect to at its midline. Each of the arms can end in an end in an arc. Each of the arms can have two rectangular notches on either side.
Selon un second aspect, l’invention concerne une machine électrique comprenant un rotor tel que décrit précédemment.According to a second aspect, the invention relates to an electric machine comprising a rotor as described above.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un rotor tel que décrit précédemment, dans lequel on découpe une pluralité de flancs de tôles identiques, on empile ladite pluralité de flancs de tôles découpées, de manière à faire coïncider leurs contours intérieurs et leurs contours extérieurs pour former un noyau, on insère à force dans l’alésage du noyau l’entretoise, et on insère à force dans l’alésage de l’entretoise l’arbre.According to a third aspect, the invention relates to a method of manufacturing a rotor as described above, in which a plurality of flanks of identical sheets is cut, said plurality of flanks of cut sheets are stacked, so as to coincide their internal contours and their external contours to form a core, the spacer is forced into the bore of the core, and the shaft is forced into the bore of the spacer.
Ainsi, l’effort axial d’emmanchement de l’arbre est transmis directement à l’entretoise et non directement à l’empilement de tôles. L’empilement de tôles n’est donc plus endommagé par l’emmanchement de l’arbre. On conserve toutefois l’effort radial de frettage de l’arbre sur l’empilement de tôles via l’entretoise. La mise en parapluie et donc l’endommagement des tôles empilées lors de l’emmanchement de l’arbre de rotation est évitée.Thus, the axial force for fitting the shaft is transmitted directly to the spacer and not directly to the stack of sheets. The stack of sheets is therefore no longer damaged by the fitting of the shaft. However, the radial force of hooping of the shaft is retained on the stack of sheets via the spacer. The umbrella layout and therefore the damage of the stacked sheets during the fitting of the rotation shaft is avoided.
Selon un mode de réalisation, l’entretoise est emmanchée jusqu’à venir en appui axial par son extrémité inférieure sur un marbre de presse.According to one embodiment, the spacer is fitted until it comes to bear axially by its lower end on a press plate.
Selon un autre mode de réalisation, l’entretoise comprend, à son extrémité supérieure, un épaulement et est emmanchée jusqu’à ce que ledit épaulement vienne en appui axial sur l’empilement de tôles.According to another embodiment, the spacer comprises, at its upper end, a shoulder and is fitted until said shoulder comes to bear axially on the stack of sheets.
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 :Other objects, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:
la figure 1 représente, en perspective, un rotor selon un mode de réalisation de l’invention;Figure 1 shows, in perspective, a rotor according to an embodiment of the invention;
la figure 2 représente, en coupe axiale, le rotor selon la figure 1 ;2 shows, in axial section, the rotor according to Figure 1;
la figure 3 est une coupe III-III du rotor selon la figure 2 ;Figure 3 is a section III-III of the rotor according to Figure 2;
la figure 4 est une vue de détails de la figure 3 ; et les figures 5 et 6 illustrent la fabrication d’un rotor selon deux modes de réalisation de l’invention.Figure 4 is a detail view of Figure 3; and Figures 5 and 6 illustrate the manufacture of a rotor according to two embodiments of the invention.
Tel qu’illustré à la figure 1, un rotor 10, pour une machine électrique à bobinage, d’axe longitudinal X-X’, comprend un arbre de rotation 12 emmanché dans un noyau 14 comportant un ou plusieurs empilements 16 de tôles.As illustrated in FIG. 1, a rotor 10, for an electric winding machine, of longitudinal axis X-X ’, comprises a rotation shaft 12 fitted into a core 14 comprising one or more stacks 16 of sheets.
L’arbre de rotation 12 comprend une première portion cylindrique 12a masquée en majeure partie à l’intérieur de l’empilement 16 de tôles, comme visible sur la figure 2. La longueur de cette première portion cylindrique 12a peut être supérieure ou égale à la longueur du noyau 14.The rotation shaft 12 comprises a first cylindrical portion 12a concealed for the most part inside the stack 16 of sheets, as visible in FIG. 2. The length of this first cylindrical portion 12a can be greater than or equal to the core length 14.
La première portion cylindrique 12a de l’arbre 12 jouxte une seconde portion cylindrique 12b située axialement hors de l’empilement 16 de tôles, et dont le diamètre est inférieur au diamètre de la première portion cylindrique 12a.The first cylindrical portion 12a of the shaft 12 adjoins a second cylindrical portion 12b located axially outside the stack 16 of sheets, and whose diameter is less than the diameter of the first cylindrical portion 12a.
L’arbre de rotation 12 n’est pas limité à ces portions cylindriques et pourrait comporter d’autres portions dans le prolongement de celles illustrées sur les figures.The rotation shaft 12 is not limited to these cylindrical portions and could include other portions as an extension of those illustrated in the figures.
Chaque tôle 16, visible en détails sur la figure 3, est délimitée par un contour extérieur 16a et un alésage intérieur 16b. Chaque tôle 16 comprend quatre bras 16c de support de bobinage s’étendant radialement vers l’extérieur et qui se déduisent géométriquement l’un de l’autre par une rotation d’angle π/2, chaque bras 16c étant en outre symétrique par rapport à sa ligne médiane. Chacun des bras 16c se termine par une extrémité 16d en arc de cercle.Each sheet 16, visible in detail in FIG. 3, is delimited by an external contour 16a and an internal bore 16b. Each sheet 16 comprises four winding support arms 16c extending radially outward and which are geometrically deduced from one another by a rotation of angle π / 2, each arm 16c being furthermore symmetrical with respect to at its midline. Each of the arms 16c ends in an end 16d in an arc.
Chacun des bras 16c présente, de part et d’autre, deux encoches rectangulaires 16e.Each of the arms 16c has, on either side, two rectangular notches 16e.
L’alésage intérieur 16b de chaque tôle 16 comprend une pluralité de languettes 16f, visible sur la figure 3, réparties régulièrement sur la circonférence de l’alésage intérieur 16b et s’étendant radialement vers l’intérieur.The inner bore 16b of each sheet 16 comprises a plurality of tabs 16f, visible in FIG. 3, distributed regularly over the circumference of the inner bore 16b and extending radially inwards.
Tel qu’illustré, le rotor 10 comprend une entretoise annulaire 18 disposée radialement entre l’arbre de rotation 12 et le noyau 14.As illustrated, the rotor 10 comprises an annular spacer 18 arranged radially between the rotation shaft 12 and the core 14.
L’entretoise annulaire 18 a une longueur sensiblement égale à la longueur du noyau 14.The annular spacer 18 has a length substantially equal to the length of the core 14.
Le diamètre extérieur de l’entretoise 18 est légèrement supérieur au diamètre intérieur des languettes 16f, de manière à créer un ajustement serré entre le noyau 14 et ladite entretoise 18.The outside diameter of the spacer 18 is slightly greater than the inside diameter of the tongues 16f, so as to create a tight fit between the core 14 and said spacer 18.
Le diamètre intérieur de l’entretoise 18 est légèrement inférieur au diamètre extérieur de l’arbre 12, de manière à créer un ajustement serré entre l’arbre 12 et ladite entretoise 18.The inside diameter of the spacer 18 is slightly smaller than the outside diameter of the shaft 12, so as to create a tight fit between the shaft 12 and said spacer 18.
L’épaisseur de l’entretoise est comprise entre 1mm et 2.5mm, par exemple entre 1.2mm et 2mm, par exemple égale à 1.5mm.The thickness of the spacer is between 1mm and 2.5mm, for example between 1.2mm and 2mm, for example equal to 1.5mm.
L’entretoise est réalisée en matière métallique, par exemple un acier, tel que par exemple un acier au carbone laminé de type XC48.The spacer is made of metallic material, for example a steel, such as for example a rolled carbon steel of type XC48.
La fabrication d’un tel rotor est réalisée comme suit. Après une étape de découpage de chaque tôle 16 qui est connue et ne sera pas davantage décrite, les tôles 16 sont empilées l’une sur l’autre en veillant à orienter toutes les faces supérieures des tôles dans le même sens, c’est-à-dire à placer, à chaque fois, la face inférieure d’une tôle contre la face supérieure de la tôle suivante. On veille également à conserver la même orientation angulaire des tôles. Les languettes 16f prévues sur l’alésage de chaque tôle doivent également se superposer lors de l’empilement des tôles.The manufacture of such a rotor is carried out as follows. After a cutting step for each sheet 16 which is known and will not be described further, the sheets 16 are stacked one on the other, taking care to orient all the upper faces of the sheets in the same direction, that is to say that is to say, to place, each time, the lower face of a sheet against the upper face of the next sheet. Care is also taken to keep the same angular orientation of the sheets. The tabs 16f provided on the bore of each sheet must also be superimposed when the sheets are stacked.
L’empilement 16 de tôles est ensuite mis en compression par exemple par une presse puis soudé par plusieurs cordons de soudure, par exemple le long des arêtes de chaque bras 16c.The stack 16 of sheets is then put in compression for example by a press and then welded by several weld beads, for example along the edges of each arm 16c.
L’entretoise 18 est ensuite emmanchée dans l’alésage 16b de l’empilement 16 de tôles.The spacer 18 is then fitted into the bore 16b of the stack 16 of sheets.
Selon un premier mode de réalisation, visible sur la figure 5, l’entretoise 18 est emmanchée jusqu’à venir en appui axial par son extrémité inférieure 18a sur le marbre de presse 20.According to a first embodiment, visible in FIG. 5, the spacer 18 is fitted until it comes to bear axially by its lower end 18a on the press plate 20.
Selon un deuxième mode de réalisation, visible sur la figure 6, l’entretoise 18 comprend, à son extrémité supérieure, un épaulement 18b et est emmanchée jusqu’à ce que ledit épaulement vienne en appui axial sur l’empilement 16 de tôles.According to a second embodiment, visible in FIG. 6, the spacer 18 comprises, at its upper end, a shoulder 18b and is fitted until said shoulder comes to bear axially on the stack 16 of sheets.
Une fois l’entretoise montée à l’intérieur de l’alésage 16b du noyau 14, on vient emmancher l’arbre 12.Once the spacer mounted inside the bore 16b of the core 14, we come to fit the shaft 12.
L’effort axial d’emmanchement de l’arbre 12 est transmis directement à l’entretoise 18 et non directement à l’empilement 16 de tôles. L’empilement 16 de tôles n’est donc plus endommagé par l’emmanchement de l’arbre 12. On conserve toutefois l’effort radial de frettage de l’arbre 12 sur l’empilement 16 de tôles via l’entretoise 18.The axial fitting force of the shaft 12 is transmitted directly to the spacer 18 and not directly to the stack 16 of sheets. The stack 16 of sheets is therefore no longer damaged by the fitting of the shaft 12. However, the radial force of hooping of the shaft 12 is retained on the stack 16 of sheets via the spacer 18.
Grâce à l’invention, la mise en parapluie et donc l’endommagement des tôles empilées lors de l’emmanchement de l’arbre de rotation est évitée.Thanks to the invention, the umbrella layout and therefore the damage of the stacked sheets during the fitting of the rotation shaft is avoided.
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