FR3103651A1 - Procédé de montage d’un rotor de machine électrique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne le montage d’un rotor de machine électrique comportant un arbre tournant (AT) et un empilement de tôles magnétiques dont l’orifice central comporte un contour présentant des saillies qui s’emboîtent dans des rainures axiales de l’arbre tournant (AT), le procédé comportant une étape d’insertion (E2) d’un anneau d’arrêt (AA) sur l’arbre, l’anneau d’arrêt (AA) comportant un contour intérieur présentant des saillies (ESA) aptes à s’emboîter dans les rainures axiales (RA) de l’arbre (AT), et une étape de rotation (E3) de l’anneau (AA) jusqu’à positionner les saillies (ESA) de l’anneau (AA) sur une surface non rainurée de l’arbre tournant (AT). Figure pour l’abrégé : Figure 5
Description
La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l’électricité, et notamment à la fabrication de moteurs électriques. Elle concerne plus précisément un procédé de montage d’un rotor de machine électrique.
Les moteurs électriques comportent une partie tournante appelée rotor, comportant un arbre sur lequel sont fixés des éléments magnétiques permettant, sous l’effet d’une partie fixe appelée stator, de faire tourner cet arbre. Les éléments magnétiques sont par exemple des aimants ou des bobinages parcourus par un courant. Ils sont en général fixés sur un support formé de tôles magnétiques empilées les unes sur les autres et montées sur l’arbre du rotor. Cet empilement de tôles est aussi appelé «stack».
Il est connu de fixer l’empilement de tôles du rotor à l’arbre par frettage, comme par exemple dans le document FR2977740. Cependant le frettage à chaud est coûteux.
Certains rotors sont montés par frettage à froid, comme par exemple dans le document WO2019171099, mais ce frettage est moins performant. Il nécessite l’ajout de moyens anti-rotation, notamment des formes saillantes sur le contour intérieur de l’empilement de tôles, qui en se logeant dans des rainures axiales de l’arbre du rotor, empêchent la rotation de l’empilement de tôles par rapport à l’arbre. De plus ce type de frettage nécessite l’ajout de moyens anti-glissement sur l’arbre du rotor, notamment l’insertion d’anneaux d’arrêt montés par frettage sur l’arbre, aux extrémités axiales de l’empilement de tôles. Le frettage d’un tel anneau doit être suffisamment fort pour empêcher le glissement de l’empilement de tôles. Or un tel frettage abîme mécaniquement l’anneau lorsqu’il est fait à froid, ou nuit aux qualités du matériau lorsqu’il est fait à chaud. De plus l’empilement de tôles peut également être mécaniquement endommagé lors de son frettage.
Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un procédé de montage d’un rotor de machine électrique qui soit peu coûteux tout en permettant un bon maintien de l’empilement de tôles du rotor sur son arbre lorsqu’il est entraîné en rotation à fort couple.
A cette fin, l'invention propose un procédé de montage d’un rotor de machine électrique comportant un arbre tournant et un empilement de tôles magnétiques, lesdites tôles comportant un contour intérieur bordant un orifice central, ledit contour intérieur comportant des saillies aptes à s’emboîter dans des rainures axiales dudit arbre tournant, ledit rotor comportant en outre un anneau d’arrêt dont le contour intérieur comporte des saillies aptes à s’emboîter dans lesdites rainures axiales dudit arbre tournant, ledit procédé comportant une étape d’emboîtement dudit arbre tournant dans ledit empilement de tôles, lesdites saillies dudit contour intérieur desdites tôles étant emboîtées dans lesdites rainures axiales, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre les étapes de :
- insertion dudit anneau d’arrêt sur ledit arbre tournant jusqu’à une extrémité axiale dudit empilement de tôles, lesdites saillies dudit contour intérieur dudit anneau étant emboîtées dans lesdites rainures axiales,
- rotation dudit anneau d’arrêt jusqu’à positionner lesdites saillies dudit contour intérieur dudit anneau d’arrêt sur une surface non rainurée dudit arbre tournant,
lesdites saillies dudit contour intérieur dudit anneau couvrant radialement au moins la différence entre le diamètre interne dudit l’anneau et le diamètre externe dudit arbre.
Grâce à l’invention, on obtient un ajustement serré entre l’anneau d’arrêt et l’arbre du rotor, sans frettage à chaud. Cet ajustement serré est suffisant pour maintenir axialement l’empilement de tôles sur l’arbre du rotor en cas de choc. De plus ce procédé de montage n’abîme ni l’anneau ni l’empilement de tôles et n’implique pas d’étape coûteuse ou complexe.
Les étapes d’emboîtement et d’insertion utilisent éventuellement un léger frettage à froid pour maximiser la tenue de l’empilement de tôles sur l’arbre. Une lubrification est alors possible avant le frettage sur les surfaces de contact pour diminuer le couple de frettage, ce qui est moins envisageable lors d’un frettage classique sans en altérer la qualité.
Selon une caractéristique avantageuse du procédé selon l’invention, lesdites étapes d’insertion et de rotation sont répétées avec un autre anneau d’arrêt dudit rotor sur l’autre extrémité axiale dudit empilement de tôles. Ainsi on évite la réalisation d’un épaulement sur l’arbre rotor à l’une de ses extrémités. La symétrisation du rotor simplifie également le procédé de montage.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l’invention, les saillies dudit contour intérieur dudit anneau comportent une surface de contact circulaire avec ledit arbre tournant, complémentaire d’une surface périphérique non rainurée dudit arbre.
Cette surface de contact circulaire assure une meilleure tenue axiale par rapport à une surface de contact plane mais nécessite plus de couple pour tourner l’anneau lors de l’étape de rotation en fabrication. La tension de surface est également diminuée en utilisant une telle surface de contact ce qui réduit le risque d’endommager l’arbre lors du montage.
Alternativement, les saillies dudit contour intérieur dudit anneau comportent une surface de contact rectiligne avec ledit arbre tournant.
Selon une autre alternative de l’invention, les saillies dudit contour intérieur dudit anneau forment chacune une ou plusieurs dents lobées. Cette réalisation permet une facilité de montage, au détriment d’une moindre tenue axiale sur l’arbre.
Selon une variante de réalisation de l’invention, les saillies dudit contour intérieur dudit anneau forment chacune plusieurs dents dont la surface de contact avec ledit arbre tournant est circulaire et complémentaire d’une surface périphérique non rainurée dudit arbre. Cette variante permet de faciliter la rotation de l’anneau lors de son montage par rapport à la variante principale de réalisation de l‘invention.
Selon encore une autre variante de réalisation de l’invention, les saillies dudit contour intérieur dudit anneau forment chacune plusieurs dents dont la surface de contact avec ledit arbre tournant est rectiligne. Cette variante permet d’augmenter la tenue axiale de l’anneau par rapport à l’alternative utilisant une seule dent dont la surface de contact est rectiligne.
Préférentiellement, ledit rotor comporte quatre rainures axiales disposées régulièrement sur la surface cylindrique dudit arbre tournant, et ladite étape de rotation est une rotation de 45° (degrés). Cette réalisation de l’invention permet une bonne tenue axiale pour une machine électrique de traction utilisée dans un véhicule électrique ou hybride.
L'invention concerne aussi un rotor de machine électrique assemblé par le procédé selon l’invention. Le rotor selon l’invention présente des avantages analogues à ceux du procédé selon l’invention.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles :
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le procédé de montage d’un rotor de machine électrique selon l’invention comporte une première étape E1 d’emboîtement d’un arbre AT de rotor dans un empilement de tôles magnétiques STA, comme représenté à lafigure 1.
Le rotor de machine électrique assemblé selon l’invention comporte en effet l’arbre AT destiné à être mis en rotation lors du fonctionnement de la machine électrique, et sur lequel est fixé l’empilement de tôles magnétiques STA, de forme sensiblement cylindrique. Bien que non représentés, ces tôles magnétiques comportent des évidements destinés à recevoir des aimants ou des bobinages rotoriques.
L’arbre AT comporte, dans ce mode de réalisation, quatre rainures axiales RA sur la partie de l’arbre AT destinée à recevoir l’empilement de tôles STA. Par «axial» on entend, dans cette demande, selon l’axe de rotation de l’arbre AT. Les tôles de cet empilement comportent un orifice central dont le contour intérieur comporte des éléments en saillie, par exemple des créneaux comme dans le document FR2977740, destinés à s’emboîter dans les rainures axiales RA. Ces créneaux sont également des éléments anti-rotation.
Ainsi l’étape E1 s’effectue sans frettage, simplement en immobilisant l’arbre AT, en centrant l’orifice central de l’empilement de tôles sur une extrémité axiale de l’arbre AT, et en exerçant une poussée sur l’empilement de tôles STA en direction de l’arbre AT. Le résultat de cette étape est visible sur lafigure 2.
L’étape E2 du procédé selon l’invention, représentée à lafigure 3, est l’insertion d’un anneau d’arrêt AA sur l’arbre AT jusqu’à une extrémité axiale de l’empilement de tôles STA. Le contour intérieur de l’anneau d’arrêt AA comporte également des saillies aptes à s’emboîter dans les rainures axiales RA de l’arbre AT. Ainsi lors de l’étape E2, les saillies du contour intérieur de l’anneau AA sont emboîtées dans les rainures axiales RA, pour faciliter cette étape d’insertion qui s’effectue sans frettage.
Le résultat de l’étape E2 est visible sur lafigure 4.
L’étape E3 du procédé selon l’invention, représentée sur lafigure 4, est la rotation de l’anneau d’arrêt AA de 45°. La vue de cette étape selon une coupe transversale de l’arbre AT sur lafigure 5permet de distinguer les saillies ESA de l’anneau d’arrêt AA. Le résultat de cette étape E3 est visible sur lafigure 6. A la fin de cette étape E3, l’arbre AT et l’anneau AA sont fixés l’un à l’autre selon un ajustement serré: la dimension radiale maximale d’un élément saillant ESA est au minimum égale à la distance d entre le diamètre externe de l’arbre AT et le diamètre interne de l’anneau d’arrêt AA, ce diamètre interne étant mesuré au niveau de surfaces internes de l’anneau d’arrêt AA ne comportant pas de saillies. La dimension radiale maximale d’un élément saillant ESA peut dépasser cette distance d, par exemple d’une demi fois ou par deux fois, la limite étant donnée par la résistance des matériaux utilisés. En variante, la rotation est de 90° par exemple s’il n’y a que deux saillies diamétralement opposées sur l’anneau et deux rainures correspondantes sur l’arbre.
Dans ce mode de réalisation de l’invention, l’arbre AT et l’anneau d’arrêt AA sont réalisés en acier. Le coefficient de friction lors de cette rotation est d’environ 0,13 entre ces deux éléments du rotor. Cette rotation s’effectue par exemple avec un outil exerçant un couple de 56Nm (Newton mètre) à 108Nm pour une machine électrique de traction. L’effort fourni est donc moins important que si l’on frettait directement l’anneau d’arrêt lors de l’étape E2. Pour la tenue de l’outil sur l’anneau d’arrêt AA, celui-ci comporte deux surfaces périphériques planes sur son pourtour. En variante le pourtour externe de l’anneau d’arrêt pourrait avoir une forme polygonale, par exemple hexagonale, ou comporter des trous ou des rainures permettant une prise de l’outil. Bien sûr d’autres matériaux sont utilisables pour l’anneau d’arrêt et l’arbre de la machine.
Le rotor de la machine électrique assemblé dans ce mode de réalisation de l’invention comporte l’anneau d’arrêt AA, ainsi qu’un deuxième anneau d’arrêt identique inséré de manière symétrique à l’autre extrémité de l’empilement de tôle STA, et qui est également tourné de 45° de manière à effectuer un ajustement serré entre l’arbre AT et cet autre anneau d’arrêt.
Dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, l’anneau d’arrêt AA comporte 4 saillies ESA régulièrement réparties, dont la surface de contact avec l’arbre est circulaire, complémentaire d’une surface externe non rainurée de l’arbre AT, comme représenté sur lafigure 7a.
Lafigure 7bprésente une alternative dans laquelle la surface périphérique d’un élément saillant ESA, faisant contact avec l’arbre AT, est rectiligne.
Lafigure 7cprésente une alternative dans laquelle les saillies ESA de l’anneau d’arrêt AA ont une forme de lobe.
Lafigure 8aprésente une variante de réalisation dans laquelle chaque saillie ESA de l’anneau d’arrêt AA comporte deux dents ayant chacune une surface périphérique rectiligne, destinée à venir en contact avec l’arbre AT.
Lafigure 8bprésente une autre variante de réalisation dans laquelle chaque saillie ESA de l’anneau d’arrêt AA comporte deux dents ayant chacune une surface périphérique circulaire, complémentaire d’une surface périphérique non rainurée de l’arbre AT.
Enfin lafigure 8cprésente une dernière variante de réalisation dans laquelle chaque saillie ESA de l’anneau d’arrêt AA comporte deux lobes.
La surface de contact entre les saillies et l’arbre peuvent être travaillées de façon à augmenter le coefficient de friction entre les deux, par exemple en variante elles sont rendues rugueuses par un traitement de surface adapté (corrosion, sablage, etc).
Bien entendu de nombreuses autres variantes de réalisation de l’invention sont possibles, notamment sur la forme des saillies de l’anneau d’arrêt AA, leur nombre, leur disposition et leurs dimensions. Il est possible d’utiliser une seule saillie sur l’anneau en contrepartie d’une fixation moins stable. Les saillies sont remplaçables par des cales insérées entre les rainures de l’arbre et l’anneau d’arrêt, au prix d’un montage plus complexe. Dans ce cas l’étape de rotation n’est plus nécessaire. De plus certaines étapes du procédé selon l’invention sont réalisables de façon légèrement différente, par exemple lors de l’étape E1 l’empilement de tôles peut être maintenu fixe et l’arbre de rotor peut être amené à l’intérieur de cet empilement de tôles. De plus dans l’étape E3 la rotation effectuée peut être de plus ou moins 45°, l’important étant que les saillies se retrouvent sur une portion non rainurée de l’arbre pour permettre un ajustement serré entre l’anneau d’arrêt AA et l’arbre AT. Enfin les étapes E1 et/ou E2 utilisent en variante un frettage à froid, ce qui maximise le maintien de l’empilement de tôles. Ce frettage à froid est dans ce cas moins important que dans l’art antérieur.
Claims (9)
- Procédé de montage d’un rotor de machine électrique comportant un arbre tournant (AT) et un empilement (STA) de tôles magnétiques, lesdites tôles comportant un contour intérieur bordant un orifice central, ledit contour intérieur comportant des saillies aptes à s’emboîter dans des rainures axiales (RA) dudit arbre tournant (AT), ledit rotor comportant en outre un anneau d’arrêt (AA) dont le contour intérieur comporte des saillies (ESA) aptes à s’emboîter dans lesdites rainures axiales (RA) dudit arbre tournant (AT), ledit procédé comportant une étape (E1) d’emboîtement dudit arbre tournant (AT) dans ledit empilement de tôles (STA), lesdites saillies dudit contour intérieur desdites tôles étant emboîtées dans lesdites rainures axiales (RA),ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre les étapes de :
- insertion (E2) dudit anneau d’arrêt (AA) sur ledit arbre tournant (AT) jusqu’à une extrémité axiale dudit empilement de tôles (STA), lesdites saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau étant emboîtées dans lesdites rainures axiales (RA),
- rotation (E3) dudit anneau d’arrêt (AA) jusqu’à positionner lesdites saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau (AA) d’arrêt sur une surface non rainurée dudit arbre tournant (AT),
lesdites saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau (AA) couvrant radialement au moins la différence entre le diamètre interne dudit l’anneau (AA) et le diamètre externe dudit arbre (AT). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites étapes (E2) d’insertion et de rotation (E3) sont répétées avec un autre anneau d’arrêt dudit rotor sur l’autre extrémité axiale dudit empilement de tôles (STA).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau (AA) comportent une surface de contact circulaire avec ledit arbre tournant (AT), complémentaire d’une surface périphérique non rainurée dudit arbre (AT).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau (AA) comportent une surface de contact rectiligne avec ledit arbre tournant (AT).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau (AA) forment chacune une ou plusieurs dents lobées.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau (AA) forment chacune plusieurs dents dont la surface de contact avec ledit arbre tournant (AT) est circulaire et complémentaire d’une surface périphérique non rainurée dudit arbre (AT).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les saillies (ESA) dudit contour intérieur dudit anneau (AA) forment chacune plusieurs dents dont la surface de contact avec ledit arbre tournant (AT) est rectiligne.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit rotor comporte quatre rainures axiales (RA) disposées régulièrement sur la surface cylindrique dudit arbre tournant (AT), et dans lequel ladite étape de rotation (E3) est une rotation de 45° (degrés).
- Rotor de machine électrique assemblé par le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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