WO2008031995A2 - Arbre de rotor a griffes, rotor a griffes equipe d'un tel arbre et machine electrique tournante equipee d'un tel rotor - Google Patents

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WO2008031995A2
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rotor
zones
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Olivier Gas
Alexandre Pfleger
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Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
    • F16D1/072—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving plastic deformation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/049—Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/05—Rectifiers associated with casings, enclosures or brackets

Definitions

  • the invention relates to a claw rotor shaft, a claw rotor equipped with such a shaft and a rotary electric machine equipped with such a rotor.
  • FIG. 1 hereinafter describes such a machine in the form of a compact and polyphase alternator, especially for a motor vehicle.
  • This alternator transforms mechanical energy into electrical energy and can be reversible.
  • Such a reversible alternator is called an alternator-starter and in another mode of operation transforms electrical energy into mechanical energy in particular to start the engine of the vehicle.
  • This machine essentially comprises a housing 1 and, inside thereof, a rotor 2 with claws, integral in rotation with a shaft 3, and a stator 4, which surrounds the rotor with the presence of a small gap and which comprises a body in the form of a pack of sheets with notches, here of the semi-closed type, equipped with notch insulator for mounting the phases of the stator, each comprising at least one winding forming part and other of the body of the stator a bun 5.
  • the windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from bar-like conductor elements, such as pins connected together for example by welding.
  • windings are, for example, three-phase windings connected in a star or in a triangle, the outputs of which are connected to at least one rectifier bridge comprising rectifying elements such as diodes or transistors of the MOSFET type, in particular when it is a question of an alternator-starter as described for example in the document FR A 2,745,445 (US A 6,002,219).
  • the number of phases depends on the applications and can be greater than three, one or two bridge rectifiers can be provided.
  • the claw rotor 2 (FIGS. 1 and 2) comprises two axially juxtaposed and ring-shaped polar wheels 7, 8 each having a transverse flange provided at its outer periphery with trapezoidal teeth 9 directed axially towards the flange of the other wheel.
  • polar the tooth of a pole wheel penetrating into the space between two adjacent teeth 9 of the other pole wheel, so that the teeth of the pole wheels are interleaved.
  • the flanges of the wheels 7, 8 are of annular shape and have at their outer periphery radial projections (not referenced) connected by chamfers to the teeth 9. These projections form claws with the teeth 9.
  • the number of teeth 9 depends on the applications and in particular the number of phases of the stator. In Figure 2 is provided eight teeth per pole wheel. Alternatively each pole wheel has six or seven teeth.
  • a cylindrical core is interposed axially between the flanges of the wheels 7,8.
  • this core consists of two half-cores each belonging to one of the flanges.
  • This core carries at its outer periphery an excitation winding 10.
  • An insulator such as a winding support coil 10, is interposed radially between the core and the winding 10.
  • the shaft 3 of the rotor 2 carries at its front end a drive member, such as a pulley 12 belonging to a device for transmitting movements to at least one belt between the alternator and the engine of the motor vehicle, and at its rear end 13, of reduced diameter, slip rings connected by wire bonds to the ends of the rotor excitation winding.
  • the wired links and the slip rings belong here to an attached manifold of the type described in FR 2,710,197.
  • Brooms belong to a brush holder 14 and are arranged so as to rub on the slip rings.
  • the brush holder is connected to a voltage regulator.
  • the front and rear ends of the shaft 3 therefore each have several sections.
  • the rotor 2 made of ferromagnetic material, is magnetized and becomes an inductor rotor with the formation of magnetic poles at the teeth of the pole wheels.
  • This inductive rotor 10 creates an alternating induced current in the stator induced when the shaft 3 rotates, the rectifier bridge or bridges for transforming the induced alternating current into a direct current, in particular for powering the loads and consumers of the electrical system. vehicle, and to recharge the battery of said vehicle.
  • the housing 1 carries internally at its outer periphery the stator 4 and centrally rotating the shaft 3.
  • This housing is here in two parts, namely a front bearing 16 adjacent to the pulley 12 and a rear bearing 17 carrying the brush holder, the voltage regulator and at least one bridge rectifier.
  • the bearings are of hollow form and each comprise a ball bearing respectively 19 and 20 for the rotational mounting of the shaft 3 of the rotor 2.
  • the diameter of the bearing 19 is greater than that of the bearing 20.
  • the bearings are, in Figure 1, perforated to allow cooling of the alternator by air circulation.
  • the rotor 2 carries at least at one of its axial ends a fan intended to ensure this circulation of air.
  • a fan 23 is provided on the front end face of the rotor and another fan 24, more powerful, on the rear back face of the rotor, each fan being provided with a plurality of blades 25, 26.
  • the power of the machine can be further increased by using more efficient fans such as fans obtained by superimposition of two elementary fans each comprising a series of blades as described for example in the document FR A 2,741,912 and as visible in FIG. 1 for the rear fan 24.
  • more efficient fans such as fans obtained by superimposition of two elementary fans each comprising a series of blades as described for example in the document FR A 2,741,912 and as visible in FIG. 1 for the rear fan 24.
  • the alternator can also be water cooled, the housing then being configured to include a suitable water circulation channel.
  • the performance, ie power and efficiency, of the rotating electrical machine can be improved by using a rotor having the configuration shown in Figure 2.
  • the rotor comprises, so example described for example in French Patents N 0 2793085 and 2784248, a number of permanent magnets 38 arranged symmetrical with respect to the axis of the rotor and interposed between two teeth 9 adjacent to the inner periphery of the stator.
  • the number of magnets is equal to the number of pairs of poles.
  • the shaft 3 and the pole wheels 7, 8 are here made of steel, the pole wheels being made of mild steel and the shaft 3 being made of harder steel.
  • the shaft 3 has a smooth intermediate portion between its two protruding knurled portions.
  • the diameter of this smooth intermediate portion is equal to that of the front end of the shaft for mounting the bearing 19.
  • the rear end of the shaft 3 is of smaller diameter.
  • a radial clearance exists between the inner periphery of the pole wheel 8 and the outer periphery of the smooth intermediate section.
  • the axial length of this smooth intermediate section is smaller than that of the knurled portions.
  • the wheels 7,8 Prior to this press fit, the wheels 7,8 are pressed against each other, in particular for good passage of the magnetic flux. This has the effect of reducing the inner diameter of the pole wheels so that the force required to grip the shaft is increased.
  • the shaft may flare, knowing that the rear end of this shaft is of reduced diameter for mounting the slip rings.
  • the ridges of the knurled portions are never oriented in a perfectly rectilinear manner in an axial direction, but they are generally helical in shape, which causes the appearance of torsional stress capable of causing a relative rotational movement between the pole wheels when the pressure force on these is released.
  • the nonuniform deformations generated during the fitting of the knurled portion shaft in the pole wheels do not make it possible to obtain a sufficiently precise concentricity of the pole wheels with respect to the axis of the shaft so that it is necessary to perform a machining operation of the outer periphery of the teeth of the wheels to ensure a small air gap between the rotor and the stator, and a good concentricity between the outer periphery of the teeth and the axis of the shaft .
  • the claw rotor comprises a stepped main polar wheel carrying at its outer periphery, via a non-magnetic ring, the teeth of the other polar wheel devoid of flange, the excitation winding being carried by a fixed core.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages.
  • a claw rotor shaft of the above-mentioned type having a front end provided with a plurality of sections, a rear end and an intermediate section for supporting and fixing the claw rotor having, on the one hand, two knurled areas, said crimping zones, intended to be assembled with the claw rotor by local deformation of material of the claw rotor (2), and secondly, a centering zone intended to center the claw rotor and disposed between the clawing zones.
  • crimping said centering zone extending radially projecting from the crimping zones, is characterized in that the crimping zones extend in radial projection relative to the radially larger section of the front end of the crimping zone.
  • the rotating electrical machine being brushless
  • the crimping zones are assembled with the axial ends of the main pole wheel.
  • each crimping zone is assembled with one of the pole wheels.
  • the intermediate support and fixing section is thicker than the end before the shaft so that it has good mechanical strength.
  • the machining of the crimping zones is easier to achieve because they are radially protruding relative to the front end of the shaft.
  • At least one of the crimping zones may be extended to secure another component of the rotating electrical machine, such as the spacer 159 of FIG.
  • a claw rotor is characterized in that it is equipped with a shaft of the aforementioned type mounted in its central bore.
  • This rotor is assembled with the shaft by local deformation of material at the crimping zones of the shaft.
  • the main wheel of the claw rotor is assembled with the shaft by local material deformation of the main pole wheel at the crimping areas of the shaft.
  • the pole wheels of the claw rotor are assembled with the shaft by local deformation of the material of the pole wheels at the crimping zones.
  • This deformation is a plastic deformation, the material of the main polar wheel or fluent polar wheels.
  • the main pole wheel or each pole wheel has an imprint, such as an annular shape imprint optionally divided, respectively at the front and rear face of the rotor.
  • the material of the polar wheel is pushed back inwards and towards the crimping zone concerned of the shaft.
  • a rotary electric machine is characterized in that it is equipped with fixing of such a claw rotor.
  • the shaft does not risk flaming when it fits into the main pole wheel or the pole wheels because the crimping areas have a radially smaller size than the centering zone and that one achieves a centering fit between the shaft and the bore (s) respectively of the main pole wheel and the pole wheels.
  • the mechanical stresses between the shaft and the main pole wheel or the pole wheels are reduced because it is the material of the main pole wheel or the pole wheels that penetrates the crimping zones.
  • the general configuration of the main polar wheel or the pole wheels is maintained and it is taken advantage of the fact that the main polar wheel or the pole wheels have a hardness lower than that of the shaft, which makes it possible to deform those and flowing the material of the main pole wheel or the pole wheels of the crimping areas.
  • the machining of the internal bore of the pole wheels is simplified since it could not predict, as in FIG. 1, a frustoconical portion at the end of the bore of the half core of a wheel. polar.
  • This outer periphery is machined beforehand by means of a tool, that is to say before mounting the excitation winding between the flanges of the pole wheels and on the core, so that chips do not risk 'damage this excitation coil not present at this stage.
  • the tool can be lubricated, which is not possible when the excitation winding is present.
  • the configuration of the shaft according to the invention makes it easy to mount permanent magnets between two adjacent teeth of the rotor. Thus we can mount the magnets on a pole wheel and present the other pole wheel in the correct angular position. This configuration will not be modified by the introduction of the shaft because there is no occurrence of torsional stress likely to cause relative movement between the wheels when the pressure force on the wheels is released.
  • the crimping zones are separated from the centering zone each by a separating means, such as a groove for preserving the centering zone and releasing the machining tools of the knurling crimping areas.
  • the centering zone is smooth.
  • this centering zone is divided and comprises at least two smooth portions.
  • the centering zone is of circular section as well as the crimping zones and the outer diameter of the centering zone is greater than that of the crimping zones of the shaft.
  • the radially larger section of the front end of the shaft is also cylindrical and has a smaller diameter than the crimping zones.
  • the pole wheels can be rotated relative to one another, then in intimate contact with the centering zone of the larger diameter shaft. crimping areas without damaging the front end of the shaft.
  • the centering zone has a length greater than that of each crimping zone.
  • the crimping zones of the shaft comprise axially oriented ridges and are each associated with a groove, called a crimping groove.
  • the ridges allow to lock in rotation the pole wheels relative to the shaft, while the grooves allow to lock in translation the pole wheels relative to the shaft.
  • the crimping groove is deeper than the separating groove.
  • At least one of the grooves is made in a crimping zone.
  • one of the crimping zones may comprise crossed striations and the other of the axial orientation striations in combination with a groove made in this zone or adjacent to this zone.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a rotary electrical machine of the state of the art
  • FIG. 2 is a perspective view of a rotor of a rotating electrical machine equipped with permanent magnets to increase the power of the machine;
  • FIG. 3 is a front view of a first embodiment of the claw rotor shaft according to the invention
  • FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 for a second embodiment according to the invention
  • FIG. 5 is an axial sectional view of the claw rotor equipped with the shaft of Figure 3 before the crimping operation of the rotor on the crimping areas;
  • FIG. 6 is a partial view in axial section of the claw rotor, without the excitation winding; equipped with the shaft of Figure 4 before the crimping operation of the rotor on the crimping areas;
  • FIG. 7 is a partial view of FIG. 5 showing the crimping tool before penetrating into the crimping recess of the rear polar wheel;
  • FIG. 8 is a perspective view showing the rear polar wheel and the end of the shaft equipped with its attached manifold, as well as the crimping tool before the crimping operation;
  • FIGS 9, 9A, 9B are partial views showing the various steps of the crimping operation of the assembly of the rear polar wheel with the crimping area concerned the shaft;
  • Figure 10 is a partial view similar to Figure 4 for yet another embodiment.
  • FIGS. 3 and 4 show two embodiments of the shaft 3 according to the invention intended to be assembled with pole wheels 7, 8 of FIG.
  • This shaft here metallic, has front ends 31, 60, 32 and rear 13 identical to those of the shaft of FIG. 1 and an intermediate support and fixing portion of the pole wheels of the rotor 2.
  • the shaft 3 is made of a material that is harder than the pole wheels 7, 8 of the claw rotor 2, which is also metallic.
  • pole wheels 7, 8 are mild steel, while the shaft 3 is made of steel with a higher carbon content than the wheels 7.8.
  • the front end of the shaft has several sections, one of which is radially larger.
  • the front end of the shaft 3 comprises a second smooth section 32 mounting the inner ring of the front ball bearing 19, a connecting groove 60 of the second section to a first threaded portion 31 for screwing the nut 160 of Figure 1.
  • the sections 31, 32 are here cylindrical and it is the same for the shaft 3.
  • the second section 32 has a diameter D3 greater than the diameter of the threaded section 31.
  • the nut 160 makes it possible to tighten the pulley 12, the inner ring of the bearing 19 and a spacer 159 between the nut and the front face of the front polar wheel 7.
  • FIGS. 3 and 4 The rear end 13 of the cylindrical shaft 3 is represented in these FIGS. 3 and 4, as well as in the figures, FIGS. 6, 9, 9A, 9B, without the mounting of the slip rings and the attached collector of FIG. 1, represented in 100 in FIGS. 5, 7 and 8.
  • each pole wheel has six claws, alternatively seven or eight claws.
  • the conductive portions of connection with the rings 103, 104 are embedded in the branches 102 and are stripped at the ring 101 for connection with the ends of the excitation winding.
  • FIGS. 3 and 4 show that the end 13 comprises a cylindrical rear end section of reduced diameter relative to the other sections of the shaft 1.
  • This end section is fluted as shown in Figures 3 and 4 for force fitting the connector on the shaft.
  • This end 13 has diametrically grooves for the passage of the branches 102 of the reported manifold. One of these grooves is visible in Figures 3 and 4 without being referenced.
  • the rear end 13 also comprises a third cylindrical section 132 for mounting the inner ring of the rear ball bearing 20 of smaller diameter than the bearing 19.
  • This third section 132 is greater than that of the fourth end section and smaller than the diameter D3 of the second section 32.
  • the grooves of the end 13 affect the third section 132 and in part a fifth cylindrical section 232 adjacent to the intermediate section for supporting and fixing the pole wheels.
  • This fifth section 232 is smaller than that of the third section 132 and greater than that of the fourth section. This fifth section 232 makes it possible to implant the ring of the collector between the pole wheel 8 and the bearing 20.
  • the second section 32 has a fluted portion at the front and the internal bore of the metal pulley 12 is also splined for its press fit on the grooved portion of the second section.
  • the shape of the rear end 13 depends on the shape of the collector.
  • This rear end 13 is in another embodiment devoid of slip ring and collector, the alternator then being brushless and the excitation winding carried by the housing.
  • At least one of the sections of the front and rear ends of the shaft may have a section other than circular.
  • the shaft 3 has between its front and rear ends an intermediate portion for fixing and supporting the wheels 7, 8.
  • This intermediate section is modified, especially in thickness, to have a better accuracy and a better concentricity of the wheel assembly. poles 7, 8 of the claw rotor with the shaft 3.
  • this intermediate portion of the shaft 3 has, on the one hand, two knurled zones, called crimping zones, intended to be assembled with the claw rotor by local deformation of material of this claw rotor, and on the other hand, a centering area.
  • the crimping zones are disposed on either side of the centering zone and the centering zone is radially projecting with respect to the crimping zones.
  • the crimping zones are also projecting radially with respect to the section 32 of larger radial size of the front end of the shaft
  • the centering zone is dedicated to centering the pole wheels of the claw rotor, while the crimping zones are each dedicated to the attachment of the pole wheel concerned claw rotor.
  • FIGS. 3 and 4 show at 54 the centering zone and at 61 and 62 grooves, respectively front and rear, which connect the front and rear axial ends of the centering zone 54 to the crimping zones respectively front and rear described. below.
  • Each crimping zone is thus separated from the centering zone by a separation means, such as a groove, to preserve the centering zone and to disengage the tool for forming the knurled zones.
  • the depth of the separation means depends on the depth of the knurled areas of the crimping zones.
  • the separation grooves 61, 62 are of circular section. Of course it depends on the applications, the section of the grooves may be other than circular.
  • each crimping zone is intended to cooperate locally with one of the pole wheels.
  • the centering zone 54 is here smooth.
  • the centering area is completely smooth.
  • the centering zone is divided into at least two smooth centering portions separated from one another by a groove.
  • the centering zone comprises at each of its axial ends and centrally a smooth centering portion separated axially from each other by two grooves, each groove being located between the smooth central portion and one smooth end portions.
  • This zone 54 is in these cylindrical embodiment of circular section.
  • the crimping zones are also of circular section.
  • the outer diameter D1 of the centering zone 54 is greater than the outer diameter D2 of the crimping zones so that the centering zone 54 is radially projecting with respect to the crimping zones.
  • This zone 54 has an axial length L1 greater than that of each crimping zone, these zones being also of cylindrical shape.
  • the crimping zones in the aforementioned manner and according to a characteristic, extend in radial projection with respect to the radially larger section 32 of the front end of the shaft 3.
  • the diameter D1 of the centering zone 54 is larger than the largest diameter D3 of the front end 32, 31 of the shaft 3 and thus also that of the end rear 13 of the shaft 3.
  • the diameter D2 is also greater than the diameter D3.
  • the second section 32 which has the diameter D3 greater than that of the first threaded section 31.
  • the shaft of FIGS. 3 and 4 has an intermediate portion radially larger than the front end of the shaft 3 so that it is more robust than the shaft of DE 30 08 454.
  • the machining of the crimping zones is easier to achieve since the diameter D2 of the crimping zones is greater than the diameter D3, corresponding here to the diameter of the second section 32.
  • This second section 32 for mounting the bearing 19 is formed when the shaft is mounted in the pole wheels because the diameters D1 and D2 are greater than the diameter D3.
  • the centering zone 54 also protects the crimping zones.
  • the crimping zones before 150, 250, adjacent to the front end 31, 32 of the shaft 3, have here axially a length different from that of the rear crimping zones 156, 256.
  • the rear crimping zone 156 of axial length L4, comprises a crimping groove 55 delimited axially on the one hand by a flange 57 for connection to the fifth section 232 of the rear end 13. of the shaft 3 and on the other hand, by a knurled zone 56 of diameter D2 connected, via the separation groove 62, to the rear axial end of the centering zone 54.
  • the ridges of the knurled zone 56, made at the outer periphery of the shaft 3, are axially oriented and parallel to the axis XX of the shaft 3.
  • the axial length L3 of this zone 56 is less than the length axial L4 of the zone 156 because of the presence of the groove 55.
  • the diameter of the bottom of the groove 55 is greater than the diameter of the fourth section 232 so that the rigidity and mechanical strength of the rear end of the shaft is not changed.
  • the crimping zone before 150 has axially a length L2 greater than the length L4 of the zone 156 and less than the length L1 of the zone 54.
  • This crimping zone 150 is connected to the front end of the centering zone 54 by through the separation groove 61.
  • This front zone 150 is a knurled zone of diameter D2, whose grooves, made at the outer periphery of the shaft 3, are axially oriented and parallel to the axis XX of the shaft 3.
  • the zone 150 is split into two parts 50, 52 separated from each other by a crimping groove 51.
  • the axial length of the portion 50 is greater than the axial length L3 of the knurled zone 56 it is itself greater than the axial length of the part 52.
  • This knurled portion 52 is force-fitted into the internal bore of the spacer 159 of FIG. 1. The spacer 159 is thus locked in rotation by this knurled part. 52, which penetrates partially into this one as in Figure
  • the crimping grooves 51, 55 are deeper than the separation grooves 61, 62, so that the bottom diameter of the grooves 61, 62 is greater than that of the bottom of the crimping grooves as can be seen in FIGS. , 4, 9, 9A, 9B, 9C.
  • the depth of the crimping grooves 55, 51 is greater than the depth of the ridges of the knurled zone 156, 150.
  • the shaft 3 also has a knurled portion 152 with an axially oriented groove for performing the same rotational locking function of the spacer 159.
  • the material of the pole wheels 7, 8 is intended to penetrate by creep material, following a crimping operation described below and visible in FIGS. 9, 9A, 9B, radially in the crimping grooves respectively 51, 55 to fill them and partly axially and radially respectively in the knurled portion 50 and in the knurled area 56.
  • each pole wheel is locked axially by the grooves 51, 55 and rotated by the knurled portion 50 of the zone 150 and by the knurled zone 56 of the zone 156. This secures the shaft with the pole wheels thanks to the crimping zones 150, 156.
  • crimping groove and the crimping zones consist of a knurled rear crimping zone 256, of the same axial length L4 as the zone 156, and a knurled zone. crimping before 250 here of axial length L5 less than the length L4. The centering zone 54 and the grooves 62, 61 are unchanged.
  • the axial length of the assembly formed by the zone 250, the knurled portion 152 mentioned above and the groove 151 connecting the zone 250 to the portion 152 is equal to the length L2 of the zone 150 of FIG. .
  • the throat 151 is shorter axially than the throat
  • the knurled crimping zones 256, 250 are crossed striations.
  • the ridges, made at the outer periphery of the shaft 3, are inclined in one direction and the opposite direction so that these grooves intersect.
  • Knurled areas 256, 250 are easier to perform than areas 156, 150 of Figure 3 and therefore less expensive.
  • the material of the pole wheels 7, 8 penetrates into these crossed ridges so that axial and rotational locking of the pole wheels 7, 8 on the shaft 3 is obtained in a simple manner without crimping groove.
  • the penetration of the material of the pole wheels 7, 8 in the crossed streaks is easier.
  • zone 156 can be replaced by zone 256 of FIG. 4.
  • collar 57 and groove 55 can be retained.
  • the difference between the diameters D1 and D2 varies according to the applications. It is advantageously low to reduce crimping efforts with the tools described below. This value is for example between 0.1 and 1 mm.
  • the internal bore of the pole wheels and in advance the outer diameter of the pole wheels, that is to say the outer periphery of the teeth, are machined beforehand in order to have a good concentricity between the pole wheels and the pole. shaft and obtain the desired air gap between the rotor and the stator of the machine.
  • the diameter of this mill is not limited since at this stage the pole wheels are not yet assembled together. It is the same with the depth of the grooves.
  • the grooves can be open or not open.
  • the cutter can be lubricated.
  • the lubrication of the tools makes it possible to increase the service life of these tools.
  • the shaft 3 is inserted into the central inner bores of the pole wheels.
  • the angular positioning of one wheel relative to the other is also carried out in particular by means of fingers temporarily interposed between the protrusions of the claws of the polar wheel concerned and during the compaction or pressing operation.
  • the magnets are mounted in a groove opening or non-emerging of one of the teeth of a pole wheel, then the other polar wheel, which magnetism will take the right position.
  • the mounting of the shaft in the bore of the pole wheels will not destroy this positioning because it is the centering zone 54, which is fitted into this bore. It is the same when there are no magnets, the angular positioning is not destroyed.
  • the zone 54 also makes it possible to protect the bearing mounting sections 32 and 132. These sections are not damaged when we put the shaft 3, at its front end, into the central bore of the pole wheels.
  • the transverse flange of the front polar wheel 76 is seen at 76, the inner and cylindrical central bore of the front polar wheel 7, and at 74 the half core of this wheel 7 having an outer face 71 facing the bearing.
  • rear 16 of Figure 1 and an inner face 72 constituted by the free end of the half core 74.
  • the half cores 74, 84 are located at the inner periphery of the flanges 73, 83 of the pole wheels ⁇ Q
  • the faces 71 and 81 respectively constitute the front end face and the rear back face of the rotor 2 and are of transverse orientation relative to the axis XX of the shaft 3.
  • the faces 71, 81 thus constitute the end faces axial rotor 2.
  • the faces 72 and 82 are also of transverse orientation with respect to the axis XX and are intended to abut one against the other as visible in this FIG. 5 to ensure, in the aforementioned manner, the passage of the magnetic flux.
  • the internal bore of the pole wheels 7, 8, here cylindrical, has a shape complementary to that of the centering zone 54.
  • the outer periphery of the centering zone is in intimate contact with the edge of the bores 82, 76, that is to say with the inner periphery of the pole wheels, while the knurled zone 56 and the knurled portions 50, 52 do not interfere during this step with the edges of these bores 86, 76 because the diameter D1 of the centering zone 54 is greater than the diameter D2 of this knurled zone 56 and these knurled portions 50, 52.
  • FIG. 5 it is shown in the lower part of the grooves 91 that it is also optionally possible to carry out the outer periphery of the teeth in order to reduce the eddy currents.
  • These grooves 91 are in an embodiment of helical shape.
  • the flange 57 has a diameter slightly greater than that of the knurled zone 56 so that this flange comes into contact with the pole wheel 8 which limits the relative movement of the shaft relative to the wheels and good position it axially. It is the same with the shaft of FIG. 10.
  • the flange 57 is therefore a simple positioning flange and not stress recovery. so that it is thin. Its diameter is close to that of the diameter D1 being slightly greater than it to be able to bear on the outer face 81 of the wheel 8.
  • This flange 57 is implanted axially between the collector 100 and the crimping zone 156 as can be seen in FIG. 5. To do this, the face 81 has a clearance, unreferenced, centrally, as can also be seen in FIG. 8.
  • the local deformations of the claw rotor are generated by means of a crimping tool.
  • the wheels 7, 8 each locally have an imprint, respectively 75, 85, annular shape.
  • impressions are intended to receive the crimping tool 185, which is moved axially by being subjected to a pressure force to perform the crimping operation.
  • 9A, 9B is the crimping tool itself that creates the footprints.
  • the imprints 75, 85 are therefore crimping impressions.
  • This tool has a tubular shape.
  • the tool has a clearance 190 to not interfere with the branches 102 of the manifold 100, more precisely with the curved connecting sections of the branches to the ring 101.
  • the crimping tool does not need such clearance.
  • the tubular tool 185 comprises at the front an annular free end 187 shaped leading edge to penetrate into the imprint 75, 85 concerned or to form this imprint.
  • This front end has internally a face 186 of frustoconical shape and externally an outer face 188 also of frustoconical shape connected to the inner face 186 by a rounded end 189 as best seen in Figure 9A.
  • the face 186 is divergent at the front towards the outside of the tool, that is to say flared, while the face 188 is inclined in the opposite direction and converges forward towards the center of the tool.
  • the recesses 75, 85 of complementary shape to that of the tool 185, each comprise, as best seen in FIG. 9B, a lower edge 286, connected by a rounded portion 289 to an upper edge 288.
  • the edges 286 , 288 have a shape complementary to that of the faces 186, 188 connected by them via a rounded end 289 that has the free end of the tool 185.
  • the edge 286, of frustoconical shape is inclined towards the XX axis and is convergent towards this axis outside the rotor 2, while the edge 288 is divergent outside the rotor.
  • the tool 185 is moved axially by being subjected to a pressure force and makes the material flow, here of the rear polar wheel 8, axially and radially towards the interior considering the inclination of the face 186 and the edge 286, and with a plastic deformation of the material.
  • FIG. 9B shows the final result, the radially fluent material in the groove 55 and radially and axially inwards in the knurled area 56 so that a rotational locking is obtained via the knurled zone 56, and in translation, via the groove 55. It is the same for the crimping zone before 150, the material of the pole wheel 7, under the action of the axial displacement of the crimping tool engaged in the impression 85, fluent radially internally in the groove 51 and radially and axially internally in the knurled zone 50 so that rotation locking is obtained via the knurled bead 50 and in translation via the groove 51.
  • the free end 187 of the tool is made with the aid of a diameter change delimited by a transverse shoulder 184 ( Figure 9A).
  • This end 187 is of reduced thickness relative to the main portion 183 of the inside diameter tool greater than that of the collar 57.
  • the rear face of this tool is subjected to the action of a pressing element to locally deform , through its free end 187, the polar wheel concerned.
  • FIG. 9A when it is the tool that creates the impression, in fact two annular sectors of creep of the material of the axial end 81 of the polar wheel 8 are obtained because of the clearance 190 of the tool for the collector arms.
  • the tool 185 is devoid of such clearance so that a continuous ring of material creep is obtained.
  • the fingerprints can therefore be divided into two annular sectors.
  • the free end 187 can be split into a plurality of annular sectors.
  • the angle c (FIG. 9A) of the face 186 is comprised in this embodiment between 20 ° and 45 °, advantageously between 30 ° and 38 °.
  • the angle of the tapered face 188 is weak. This angle is for example between 1 ° and 5 °
  • the crimping impressions 75, 85 are located inside the central hole of the fan concerned so that they are not modified.
  • impressions 75, 85 are close to the inner periphery of the pole wheels 7, 8. They are located radially above the crimping zones being close to it.
  • the present invention also retains the configuration of the pole wheels, only the cylindrical inner bore thereof is changed.
  • the collector 100, the spacer 159 and the front and rear portions of the shaft are also retained.
  • This rear end may have radially a size greater than or equal to that of the front end.
  • the radial size of the intermediate portion is greater than that of the front portion.
  • alternator can be brushless as described for example in the document FR 2,744,575, to which reference will be made.
  • the rear bearing has a deep shape and the claw rotor is constituted by a stepped main polar wheel and a cantilevered pole wheel, which are fixed together by a ring of non-magnetic material. This ring connects the nested teeth of the two polar wheels.
  • the core is fixed and is fixed on the rear face of the front bearing forming a cover for the rear bearing.
  • One of the pole wheels is devoid of a flange, while the other main pole wheel is assembled with the shaft according to the invention, the crimping areas being each located at an axial end of the main pole wheel.
  • the alternator constitutes the excitation alternator of an electromagnetic retarder.
  • the axial length of the crimping zones is less than the thickness of the flanges 73, 83 of the pole wheels.
  • the axial length of the crimping zones is less than the thickness of the flanges 73, 83 of the pole wheels.
  • crimping zones are axially longer than those of DE 300 84 54.
  • an intermediate core may be implanted between the two pole wheels, being separate therefrom.
  • Figure 5 can be shortened axially half cores 74, 84 and place between them a separate intermediate core.
  • This core will be centered, as well as the polar wheels, by the centering zone.
  • This centering zone is not necessarily smooth. As a variant, it has, for example, protruding points or contact zones, for example formed in the groove for contact with the edge of the bores.
  • the radial size of the internal bore corresponds to that of the centering zone to have an intimate centering contact. An adjustment is obtained between the shaft and the main pole wheel or the pole wheels Thus, in FIGS. 3 to 6, the internal diameter of the bore 76, 86 of the half-cores 74, 84 is adjusted to the diameter D1 of the centering zone 54.
  • the mechanical strength of the shaft according to the invention is greater than the mechanical strength of the shaft of DE 300 84 54 because in the present invention the diameter D 2 of the crimping zones is smaller than the diameter D 1 of the zone of centering and is greater than the largest diameter D3 of the front end 31, 32 of the shaft 3, while in the document DE 300 84 54 the largest diameter of the front end of the shaft is greater than the diameter D2 crimping areas.
  • the largest diameter of the smooth part of the shaft is constant so that the mounting regions of the bearings may be damaged during mounting of the pole wheels on the shaft.
  • the machining of the crimping zones is easier and more economical than that of the crimping zones of document DE 300 84 54.
  • a crimping zone in the form of a knurled area with crossed ridges is of a reduced cost and allows a better axial holding of the assembly of the pole wheels with the shaft because of the fact that a good penetration of the material of the polar wheel concerned in the streaks.

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Abstract

L'arbre (3) de rotor à griffes présente une extrémité avant présentant un tronçon (32) radialement de plus grande taille,deux zones moletées (150, 156), dites zones de sertissage, destinées à être assemblées avec le rotor à griffes par déformation locale de matière du rotor à griffes, et une zone de centrage (54) du rotor à griffes, les zones de sertissage (150, 156) étant disposées de part et d'autre de la zone de centrage(54), tandis que la zone de centrage (54) est radialement saillante par rapport aux zones de sertissage (150, 156 - 250, 256) de l'arbre (3) elles mêmes saillantes radialement par rapport au tronçon de plus grande taille radiale de l'extrémité avant de l'arbre. Le rotor à griffes est caractérisé en ce qu'il est équipé d'un tel arbre (3), tandis que la machine électrique tournante est caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un tel rotor.

Description

Arbre de rotor à griffes, rotor à griffes équipé d'un tel arbre et machine électrique tournante équipée d'un tel rotor".
Domaine de l'invention
L'invention concerne un arbre de rotor à griffes, un rotor à griffes équipé d'un tel arbre et une machine électrique tournante équipée d'un tel rotor.
Etat de la technique
De nombreuses machines électriques tournantes sont équipées d'un rotor à griffes.
Par exemple à la figure 1, on décrit ci-après une telle machine sous la forme d'un alternateur compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. Cet alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Un tel alternateur réversible est appelé alterno-démarreur et dans un autre mode de fonctionnement transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule.
Cette machine comporte essentiellement un carter 1 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor 2 à griffes, solidaire en rotation d'un arbre 3, et un stator 4, qui entoure le rotor avec présence d'un faible entrefer et qui comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, ici du type semi fermé, équipées d'isolant d'encoches pour le montage des phases du stator, comportant chacune au moins un enroulement formant de part et d'autre du corps du stator un chignon 5. Les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme de barre, 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 FR A 2 745 445 (US A 6 002 219) .
Le nombre de phases dépend des applications et peut être supérieur à trois, un ou deux ponts redresseurs pouvant être prévus .
Le rotor à griffes 2 (figure 1 et 2) comporte deux roues polaires 7, 8 axialement juxtaposées et de forme annulaire présentant chacune un flasque transversal pourvu à sa périphérie externe de dents 9 de forme trapézoïdale dirigées axialement vers le flasque de l'autre roue polaire, la dent d'une roue polaire pénétrant dans l'espace existant entre deux dents 9 adjacentes de l'autre roue polaire, de sorte que les dents des roues polaires soient imbriquées. les flasques des roues 7, 8 sont de forme annulaire et présentent à leur périphérie externe des saillies radiales (non référencées) raccordées par des chanfreins aux dents 9. Ces saillies forment des griffes avec les dents 9. Le nombre de dents 9 dépend des applications et notamment du nombre de phases du stator. A la figure 2 il est prévu huit dents par roue polaire. En variante chaque roue polaire comporte six ou sept dents.
Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les flasques des roues 7,8. Ici ce noyau consiste en deux demi noyaux appartenant chacun à l'un des flasques. Ce noyau porte à sa périphérie externe un bobinage d'excitation 10. Un isolant, tel qu'une bobine de support du bobinage 10, est intercalé radialement entre le noyau et le bobinage 10.
L'arbre 3 du rotor 2 porte à son extrémité avant un organe d'entraînement, tel qu'une une poulie 12 appartenant à un dispositif de transmission de mouvements à au mois une courroie entre l'alternateur et le moteur thermique du véhicule automobile, et à son extrémité arrière 13, de diamètre réduit, des bagues collectrices reliées par des liaisons filaires aux extrémités du bobinage d'excitation du rotor. Les liaisons filaires et les bagues collectrices appartiennent ici à un collecteur rapporté du type de celui décrit dans le document FR 2 710 197. Des balais appartiennent à un porte-balais 14 et sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices. Le porte-balais est relié à un régulateur de tension. Les extrémités avant et arrière de l'arbre 3 comportent donc chacune plusieurs tronçons.
Lorsque le bobinage d'excitation 10 est alimenté électriquement à partir des balais, le rotor 2, en matériau ferromagnétique, est magnétisé et devient un rotor inducteur avec formation de pôles magnétiques au niveau des dents des roues polaires.
Ce rotor inducteur 10 crée un courant induit alternatif dans le stator induit lorsque l'arbre 3 tourne, le ou les ponts redresseurs permettant de transformer le courant alternatif induit en un courant continu, notamment pour alimenter les charges et les consommateurs du réseau de bord du véhicule automobile, ainsi que pour recharger la batterie dudit véhicule.
Le carter 1 porte intérieurement à sa périphérie externe le stator 4 et centralement à rotation l'arbre 3. Ce carter est ici en deux parties, à savoir un palier avant 16 adjacent à la poulie 12 et un palier arrière 17 portant le porte-balais, le régulateur de tension et au moins un pont redresseur. Les paliers sont de forme creuse et comportent chacun centralement un roulement à billes respectivement 19 et 20 pour le montage à rotation de l'arbre 3 du rotor 2. Le diamètre du roulement 19 est supérieur à celui du roulement 20.
A la figure 1, il est prévu à la périphérie externe du corps du stator 4 un système élastique pour filtrer les vibrations, avec à l'avant un joint plat 40 et à l'arrière des tampons 41, de la résine souple et thermoconductrice étant intercalée entre le palier avant et le corps du stator pour évacuer la chaleur. En variante les paliers 16, 17 portent rigidement le corps du stator 4.
Les paliers sont, dans la figure 1, ajourés pour permettre le refroidissement de l'alternateur par circulation d'air. A cette fin, le rotor 2 porte au moins à l'une de ses extrémités axiales un ventilateur destiné à assurer cette circulation de l'air. Dans l'exemple représenté, un ventilateur 23 est prévu sur la face frontale avant du rotor et un autre ventilateur 24, plus puissant, sur la face dorsale arrière du rotor, chaque ventilateur étant pourvu d'une pluralité de pales 25, 26.
La puissance de la machine peut encore être augmentée en utilisant des ventilateurs plus performants tels que des ventilateurs obtenue par superposition de deux ventilateurs élémentaires comportant chacun une série de pales comme décrit par exemple dans le document FR A 2 741 912 et comme visible à la figure 1 pour le ventilateur arrière 24.
En variante, l'alternateur peut aussi être refroidi par eau, le carter étant alors configuré pour comporter un canal de circulation d'eau approprié.
Les performances, à savoir la puissance et le rendement, de la machine électrique tournante peuvent encore être augmentées en utilisant un rotor présentant la configuration selon la figure 2. Ce rotor comporte, de façon exemple décrite par exemple dans les brevets français N0 2 793 085 et 2 784 248, un certain nombre d'aimants permanents 38 disposés de manière symétrique par rapport à l'axe du rotor et interposés entre deux dents 9 adjacentes à la périphérie interne du stator.
A la figure 2 il est prévu quatre paires d'aimants 38 pour huit paires de pôles.
En variante le nombre d'aimants est égal au nombre de paire de pôles.
L'arbre 3 et les roues polaires 7, 8 sont ici en acier, les roues polaires étant en acier doux et l'arbre 3 en acier plus dure.
Ce type de machine donne donc satisfaction.
Néanmoins un problème se pose car la solidarisation de l'arbre 3 avec les roues polaires 7,8 est réalisée par emmanchement à force de l'arbre 3 plus dur dans les alésages internes des roues 7, 8, l'arbre 3 présentant pour ce faire des portions moletées saillantes radialement de longueurs inégales non référencées à la figure 1.
Plus précisément l'arbre 3 présente une portion intermédiaire lisse entre ses deux portions moletées saillantes. Le diamètre de cette portion intermédiaire lisse est égal à celui de l'extrémité avant de l'arbre servant au montage du roulement 19. L'extrémité arrière de l'arbre 3 est de plus petit diamètre. Un jeu radial existe entre la périphérie interne de la roue polaire 8 et la périphérie externe du tronçon intermédiaire lisse.
La longueur axiale de ce tronçon intermédiaire lisse est inférieure à celle des portions moletées.
Préalablement à cet emmanchement à force on presse les roues 7,8 l'une contre l'autre notamment pour un bon passage du flux magnétique. Ceci a pour conséquence de diminuer le diamètre intérieur des roues polaires en sorte que l'effort nécessaire pour emmancher l'arbre est augmenté.
Il en résulte que l'arbre risque de flamber, sachant que l'extrémité arrière de cet arbre est de diamètre réduit pour montage des bagues collectrices.
En outre les stries des portions moletées ne sont jamais orientées de façon parfaitement rectiligne selon une direction axiale, mais elles sont généralement de forme hélicoïdale ce qui provoque l'apparition de contrainte de torsion susceptible de provoquer un mouvement relatif de rotation entre les roues polaires lorsque l'effort de pression sur celles-ci est relâché.
De plus les déformations non uniformes engendrées lors de l'emmanchement de l'arbre à portions moletées dans les roues polaires ne permettent pas d'obtenir une concentricité suffisamment précise des roues polaires par rapport à l'axe de l'arbre en sorte qu'il est nécessaire de réaliser une opération d'usinage de la périphérie externe des dents des roues pour garantir un faible entrefer entre le rotor et le stator, ainsi qu'une bonne concentricité entre la périphérie externe des dents et l'axe de l'arbre.
Il en est de même lorsque l'alternateur est sans balais comme décrit par exemple dans le document FR 2 744 575 auquel on se reportera. Dans ce cas le rotor à griffes comporte une roue polaire principale étagée portant à sa périphérie externe, via un anneau amagnétique, les dents de l'autre roue polaire dépourvue de flasque, le bobinage d'excitation étant porté par un noyau fixe.
Dans le document DE 300 84 54 on remplace les portions moletées de la figure 1 par des gorges avec un fond à stries axiales comme mieux visible à la figure 4 de ce document. La matière des roues polaire est déformée pour pénétrer dans les gorges. On notera que les fonds à stries axiales des gorges de faible longueur axiale ne sont pas faciles à usiner.
Objet de l'invention
La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients .
Suivant l'invention un arbre de rotor à griffes du type sus indiqué comportant une extrémité avant dotée de plusieurs tronçons, une extrémité arrière et un tronçon intermédiaire de support et de fixation du rotor à griffes présentant, d'une part, deux zones moletées, dites zones de sertissage, destinées à être assemblées avec le rotor à griffes par déformation locale de matière du rotor à griffes (2), et d'autre part, une zone de centrage destinée à centrer le rotor à griffes et disposée entre les zones de sertissage, ladite zone de centrage s 'étendant en saillie radiale par rapport au zones de sertissage, est caractérisé en ce que les zones de sertissage s'étendent en saillie radiale par rapport au tronçon radialement de plus grande taille de l'extrémité avant de l'arbre
Dans un mode de réalisation, la machine électrique tournante étant sans balais, les zones de sertissage sont assemblées avec les extrémités axiales de la roue polaire principale .
Dans un autre mode de réalisation, la machine électrique tournante étant dotée de balais, chaque zone de sertissage est assemblée avec l'une des roues polaires .
Grâce à l'invention le tronçon intermédiaire de support et de fixation est plus épais que l'extrémité avant de l'arbre en sorte que celui-ci présente une bonne résistance mécanique.
En outre l'usinage des zones de sertissage est plus facile à réaliser du fait que celles-ci sont radialement saillantes par rapport à l'extrémité avant de l'arbre.
L'une au moins des zones de sertissage peut être prolongée pour fixer un autre composant de la machine électrique tournante, tel que 1 'entretoise 159 de la figure 1.
Suivant l'invention un rotor à griffes est caractérisé en ce qu'il est équipé d'un arbre du type sus-indiqué monté dans son alésage central.
Ce rotor est assemblé avec l'arbre par déformation locale de matière au niveau des zones de sertissage de l'arbre.
Dans un mode de réalisation la roue principale du rotor à griffes est assemblée avec l'arbre par déformation locale de matière de la roue polaire principale au niveau des zones de sertissage de l'arbre.
Dans un autre mode de réalisation les roues polaires du rotor à griffes sont assemblées avec l'arbre par déformation locale de matière des roues polaires au niveau des zones de sertissage.
Cette déformation est une déformation plastique, la matière de la roue polaire principale ou des roues polaire fluant.
Cette déformation plastique est générée à l'aide d'un outil de sertissage Dans un mode de réalisation la roue polaire principale ou chaque roue polaire présente une empreinte, telle qu'une empreinte de forme annulaire éventuellement fractionnée, au niveau respectivement de la face frontale et dorsale du rotor.
Ainsi dans un mode de réalisation à l'aide d'un outil de forme tronconique coopérant avec l'empreinte on repousse la matière de la roue polaire vers l'intérieur et vers la zone de sertissage concernée de l'arbre.
En variante c'est l'outil lui-même qui réalise 1 'empreinte .
Suivant l'invention une machine électrique tournante est caractérisée en ce qu'elle est équipée à fixation d'un tel rotor à griffes.
Grâce à l'invention l'arbre ne risque pas de flamber lors de son emmanchement dans la roue polaire principale ou les roues polaires du fait que les zones de sertissage ont radialement une taille inférieure à celle de la zone de centrage et que l'on obtient un ajustement de centrage entre l'arbre et le ou les alésages respectivement de la roue polaire principale et des roues polaires. On diminue les contraintes mécaniques entre l'arbre et la roue polaire principal ou les roues polaires car c'est la matière de la roue polaire principale ou des roues polaire qui pénètre dans les zones de sertissage. Grâce à l'invention la configuration générale de la roue polaire principale ou des roues polaires est conservée et on tire partie du fait que la roue polaire principale ou les roues polaires ont une dureté inférieur à celle de l'arbre ce qui permet de déformer celles-ci et de faire fluer la matière de la roue polaire principale ou des roues polaires des les zones de sertissage. En outre l'usinage de l'alésage interne des roues polaires est simplifié puisqu'il n'y a pu à prévoir, comme à la figure 1, une portion tronconique à l'extrémité de l'alésage du demi noyau d'une roue polaire .
De plus on obtient une bonne précision et concentricité de l'assemblage des roues polaires avec l'arbre du fait de la présence de la zone de centrage de l'arbre.
Il en résulte qu'il n'y a pas besoin, après assemblage, de faire une opération de reprise de la périphérie externe des dents des roues polaires.
On usine par avance à l'aide d'un outil cette périphérie externe, c'est-à-dire avant montage du bobinage d'excitation entre les flasques des roues polaires et sur le noyau, en sorte que des copeaux ne risquent pas d'endommager ce bobinage d'excitation non présent à ce stade .
De plus on peut lubrifier l'outil ce qui n'est pas possible lorsque le bobinage d'excitation est présent.
La configuration de l'arbre selon l'invention permet de monter aisément des aimants permanents entre deux dents adjacentes du rotor. Ainsi on peut monter les aimants sur une roue polaire et présenter l'autre roue polaire dans la bonne position angulaire. Cette configuration ne sera pas modifiée par l'introduction de l'arbre car il n'y a pas apparition de contrainte de torsion susceptible d'occasionner un mouvement relatif entre les roues lorsque l'effort de pression sur les roues est relâché.
Dans un mode de réalisation les zones de sertissages sont séparées de la zone de centrage chacune par un moyen de séparation, tel qu'une gorge pour préserver la zone de centrage et dégager les outils d'usinage des moletages des zones de sertissage. Dans un mode de réalisation la zone de centrage est lisse .
En variante cette zone de centrage est fractionnée et comporte au moins deux portions lisses.
Dans un mode de réalisation la zone de centrage est de section circulaire ainsi que les zones de sertissage et le diamètre externe de la zone de centrage est supérieur à celui des zones de sertissage de l'arbre.
Le tronçon radialement de plus grande taille de l'extrémité avant de l'arbre est également cylindrique et présente un diamètre inférieur à celui des zones de sertissage .
Ainsi, avant sertissage des roues polaires sur les zones de sertissage de l'arbre on peut faire tourner l'une par rapport à l'autre les roues polaires, alors en contact intime avec la zone de centrage de l'arbre de plus grand diamètre que les zones de sertissage sans endommager l'extrémité avant de l'arbre.
Dans un mode de réalisation la zone de centrage a une longueur supérieure à celle de chaque zone de sertissage.
Selon un premier mode de réalisation les zones de sertissage de l'arbre comportent des stries d'orientation axiale et sont associées chacune à une gorge, dite gorge de sertissage.
Ainsi les stries permettent de bloquer en rotation les roues polaires par rapport à l'arbre, tandis que les gorges permettent de bloquer en translation les roues polaires par rapport à l'arbre. Dans un mode de réalisation la gorge de sertissage est plus profonde que la gorge de séparation.
Dans un mode de réalisation l'une au moins des gorges est réalisée dans une zone de sertissage.
Dans un second mode de réalisation plus économique et plus performant les stries sont croisées en sorte qu'elles assurent un blocage en translation et en rotation des roues polaires par rapport à l'arbre.
Bien entendu ces modes de réalisations peuvent être considérées isolément ou en combinaison.
Ainsi l'une des zones de sertissage peut comporter des stries croisées et l'autre des stries d'orientation axiale en combinaison avec une gorge réalisée dans cette zone ou de manière adjacente à cette zone.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant des modes de réalisation de l'invention et dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine électrique tournante de l'état de la technique ;
- la figure 2 est une vue en perspective d'un rotor d'une machine électrique tournante équipée d'aimants permanents pour augmenter la puissance de la machine ;
- la figure 3 est une vue de face d'un premier mode de réalisation de l'arbre du rotor à griffes selon 1 ' invention; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 pour un deuxième mode de réalisation selon l'invention;
- la figure 5 est une vue en coupe axiale du rotor à griffes équipé de l'arbre de la figure 3 avant l'opération de sertissage du rotor sur les zones de sertissage ;
- la figure 6 est une vue partielle en coupe axiale du rotor à griffes, sans le bobinage d'excitation ; équipé de l'arbre de la figure 4 avant l'opération de sertissage du rotor sur les zones de sertissage ;
- la figure 7 est une vue partielle de la figure 5 montrant l'outil de sertissage avant sa pénétration dans l'empreinte de sertissage de la roue polaire arrière;
- la figure 8 est une vue en perspective montrant la roue polaire arrière et l'extrémité de l'arbre équipé de son collecteur rapporté, ainsi que l'outil de sertissage avant l'opération de sertissage;
- les figures 9, 9A, 9B sont des vues partielles montrant les différentes étapes de l'opération de sertissage de l'assemblage de la roue polaire arrière avec la zone de sertissage concernée de l'arbre ;
- la figure 10 est une vue partielle analogue à la figure 4 pour encore un autre mode de réalisation.
Description de modes de réalisation de l'invention
Dans les figures les éléments identiques seront affectés des mêmes signes de référence.
Dans les figures 3 et 4 on voit deux réalisations de l'arbre 3 selon l'invention destiné à être assemblé avec des roues polaires 7, 8 de la figure 1.
Cet arbre, ici métallique, présente des extrémités avant 31, 60, 32 et arrière 13 identiques à celles de l'arbre de la figure 1 et un tronçon intermédiaire support et de fixation des roues polaire du rotor 2.
L'arbre 3 est en une matière plus dure que les roues polaires 7, 8 du rotor à griffes 2, également métallique .
Ici les roues polaires 7, 8 sont en acier doux, tandis que l'arbre 3 est en acier à plus grande teneur en carbone que les roues 7,8.
L'extrémité avant de l'arbre comporte plusieurs tronçons dont l'un est radialement de plus grande taille.
Plus précisément l'extrémité avant de l'arbre 3 comporte un deuxième tronçon 32 lisse de montage de la bague interne du roulement à billes avant 19, une gorge de raccordement 60 du deuxième tronçon à un premier tronçon fileté 31 pour le vissage de l'écrou 160 de la figure 1.
Les tronçons 31, 32 sont ici cylindriques et il en est de même de l'arbre 3.
Le deuxième tronçon 32 présente un diamètre D3 supérieur au diamètre du tronçon filetée 31.
L'écrou 160 permet de serrer la poulie 12, la bague interne du roulement 19 et une entretoise 159 entre l'écrou et la face avant de la roue polaire avant 7.
L'extrémité arrière 13 de l'arbre 3 cylindrique est représentée dans ces figures 3 et 4, ainsi que dans les figures les figures 6, 9, 9A, 9B, sans le montage des bagues collectrices et du collecteur rapporté de la figure 1, représenté en 100 dans les figures 5, 7 et 8.
Comme décrit dans le document FR 2 710 197, auquel on se reportera, on voit à la figure 8 en 103 et 104 les bagues collectrices, en 102 l'une des branches en matière plastique du collecteur 100 se raccordant à l'anneau 101 de celui-ci.
Dans cette figure 8 chaque roue polaire comporte six griffes, en variante sept ou huit griffes. Les parties conductrices de liaison avec les bagues 103, 104 sont noyées dans les branches 102 et sont dénudées au niveau de l'anneau 101 pour liaison avec les extrémités du bobinage d'excitation.
On voit dans ces figures 3 et 4 que l'extrémité 13 comporte un tronçon d'extrémité arrière cylindrique de diamètre réduit par rapport aux autres tronçons de l'arbre 1.
Ce tronçon d'extrémité, appelé quatrième tronçon, est cannelé comme visible dans les figures 3 et 4 pour emmanchement à force du connecteur sur l'arbre. Cette extrémité 13 comporte des rainures diamétralement pour le passage des branches 102 du collecteur rapporté. L'une de ces rainures est visible dans les figures 3 et 4 sans être référencée.
L'extrémité arrière 13 comporte également un troisième tronçon cylindrique 132 de montage de la bague interne du roulement à billes arrière 20 de plus petit diamètre que le roulementl9.
Le diamètre de ce troisième tronçon 132 est supérieur à celui du quatrième tronçon d'extrémité et inférieur au diamètre D3 du deuxième tronçon 32.
Les rainures de l'extrémité 13 affectent le troisième tronçon 132 ainsi qu'en partie un cinquième tronçon cylindrique 232 adjacent au tronçon intermédiaire de support et de fixation des roues polaires.
Le diamètre de ce cinquième tronçon 232 est inférieur à celui du troisième tronçon 132 et supérieur à celui du quatrième tronçon. Ce cinquième tronçon 232 permet d'implanter l'anneau du collecteur entre la roue polaire 8 et le roulement 20.
Bien entendu la forme des extrémités avant et arrière de l'arbre dépend des applications.
Ainsi dans un autre mode de réalisation le deuxième tronçon 32 comporte à l'avant une portion cannelée et l'alésage interne de la poulie 12 métallique est également cannelé pour son emmanchement à force sur la portion cannelée du deuxième tronçon.
Tout dépend du mode d'assemblage de la poulie 12, qui en variante est remplacé par une roue dentée.
De même la forme de l'extrémité arrière 13 dépend de la forme du collecteur.
Cette extrémité arrière 13 est dans un autre mode de réalisation dépourvue de bague collectrice et de collecteur, l'alternateur étant alors sans balais et le bobinage d'excitation porté par le carter.
L'un au moins des tronçons des extrémités avant et arrière de l'arbre, en variante, peut présenter une section autre que circulaire.
L'arbre 3 présente entre ses extrémités avant et arrière un tronçon intermédiaire de fixation et de support des roues 7, 8. Ce tronçon intermédiaire est modifié, notamment en épaisseur, pour avoir une meilleure précision et une meilleure concentricité de l'assemblage des roues polaires 7, 8 du rotor à griffe avec l'arbre 3.
On tire partie de la différence de dureté entre l'arbre 3 et les roues polaires 7, 8 pour faire fluer la matière des roues polaires et réaliser un assemblage par sertissage de manière décrite ci-après.
Suivant une caractéristique ce tronçon intermédiaire de l'arbre 3 présente, d'une part, deux zones moletées, dites zones de sertissage, destinées à être assemblées avec le rotor à griffes par déformation locale de matière de ce rotor à griffes, et d'autre part, une zone de centrage. Les zones de sertissage sont disposées de part et d'autre de la zone de centrage et la zone de centrage est radialement saillante par rapport aux zones de sertissage. Les zones de sertissage sont également saillantes radialement par rapport au tronçon 32 de plus grande taille radiale de l'extrémité avant de l'arbre
Plus précisément la zone de centrage est dédiée au centrage des roues polaires du rotor à griffes, tandis que les zones de sertissage sont dédiées chacune à la fixation de la roue polaire concernée du rotor à griffes.
Dans les figures 3 et 4 on voit en 54 la zone de centrage et en 61 et 62 des gorges, respectivement avant et arrière, qui raccordent les extrémités axiales avant et arrière de la zone de centrage 54 aux zones de sertissage respectivement avant et arrières décrites ci-après. Chaque zone de sertissage est donc séparée de la zone de centrage par un moyen de séparation, tel qu'une gorge, pour préserver la zone de centrage et dégager l'outil de formation des zones moletées. La profondeur du moyen de séparation dépend de la profondeur des zones moletées des zones de sertissage.
Dans les figures 3 et 4 les gorges de séparation 61, 62 sont de section circulaire. Bien entendu cela dépend des applications, la section des gorges pouvant être autre que circulaire.
Ces gorges n'affectent pas outre mesure la rigidité et la résistance mécanique de l'arbre
En liaison avec les figures 5 et 6, on voit qu'ici chaque zone de sertissage est destinée à coopérer localement avec l'une des roues polaires.
La zone de centrage 54 est ici lisse.
Dans ces figures la zone de centrage est entièrement lisse . En variante la zone de centrage est fractionnée en au moins deux portions lisses de centrage séparées l'une de l'autre par une rainure.
Par exemple, dans un mode de réalisation, la zone de centrage comporte à chacune de ses extrémités axiales et centralement une portion lisse de centrage séparées axialement les unes des autres par deux rainures, chaque rainure étant implantée entre la portion centrale lisse et l'une des portions lisse d'extrémité.
Cette zone 54 est dans ces modes de réalisation de forme cylindrique à section circulaire.
Les zones de sertissage sont également de section circulaire .
Le diamètre externe Dl de la zone de centrage 54 est supérieur au diamètre externe D2 des zones de sertissage en sorte que la zone de centrage 54 est radialement saillante par rapport aux zones de sertissage .
Cette zone 54 présente une longueur axiale Ll supérieure à celle de chaque zone de sertissage, ces zones étant également de forme cylindrique.
Les zones de sertissage, de manière précitée et suivant une caractéristique, s'étendent en saillie radiale par rapport au tronçon 32 radialement de plus grande taille de l'extrémité avant de l'arbre 3.
Ainsi dans les modes de réalisation des figures 3 et 4, le diamètre Dl de la zone de centrage 54 est supérieur au plus grand diamètre D3 de l'extrémité avant 32, 31 de l'arbre 3 et donc également à celui de l'extrémité arrière 13 de l'arbre 3.
Suivant une caractéristique, le diamètre D2 est également supérieur au diamètre D3. Ici c'est le deuxième tronçon 32 qui présente le diamètre D3 supérieur à celui du premier tronçon fileté 31.
Ainsi l'arbre des figure 3 et 4 présente un tronçon intermédiaire radialement de plus grande taille que l'extrémité avant de l'arbre 3 en sorte qu'il est plus robuste que l'arbre du document DE 30 08 454.
En outre l'usinage des zones de sertissage est plus facile à réaliser puisque le diamètre D2 des zones de sertissage est supérieur au diamètre D3, correspondant ici au diamètre du deuxième tronçon 32.
Ce deuxième tronçon 32 de montage du roulement 19 est ménagé lorsque l'on monte l'arbre dans les roues polaires du fait que les diamètres Dl et D2 sont supérieurs au diamètre D3.
La zone de centrage 54 protège également les zones de sertissage .
Dans ces figures les zones de sertissage arrière 156, 256, adjacentes à l'extrémité arrière 13 de l'arbre 3, ont axialement une longueur L4 identique inférieure à la longueur Ll de la zone 54.
Les zones de sertissage avant 150,250, adjacentes à l'extrémité avant 31, 32 de l'arbre 3, ont ici axialement une longueur différente de celle des zones de sertissage arrière 156,256.
Dans le mode de réalisation de la figure 3 la zone de sertissage arrière 156, de longueur axiale L4, comporte une gorge de sertissage 55 délimitée axialement d'une part, par une collerette 57 de raccordement au cinquième tronçon 232 de l'extrémité arrière 13 de l'arbre 3 et d'autre part, par une zone moletée 56 de diamètre D2 raccordée, via la gorge de séparation 62, à l'extrémité axiale arrière de la zone de centrage 54. Les stries de la zone moletée 56, réalisées à la périphérie externe de l'arbre 3, sont d'orientation axiale et parallèles à l'axe X-X de l'arbre 3. La longueur axiale L3 de cette zone 56 est inférieure à la longueur axiale L4 de la zone 156 à cause de la présence de la gorge 55.
Le diamètre du fond de la gorge 55 est supérieur au diamètre du quatrième tronçon 232 en sorte que la rigidité et la résistance mécanique de l'extrémité arrière de l'arbre n'est pas modifiée.
La zone de sertissage avant 150 a axialement une longueur L2 supérieure à la longueur L4 de la zone 156 et inférieure à la longueur Ll de la zone 54. Cette zone de sertissage 150 se raccorde à l'extrémité avant de la zone de centrage 54 par l'intermédiaire de la gorge de séparation 61. Cette zone avant 150 est une zone moletée de diamètre D2, dont les stries, réalisées à la périphérie externe de l'arbre 3, sont d'orientation axiale et parallèles à l'axe X-X de l'arbre 3. La zone 150 est scindée en deux parties 50, 52 séparées l'une de l'autre par une gorge de sertissage 51. La longueur axiale de la partie 50 est supérieure à la longueur axiale L3 de la zone moletée 56, elle-même supérieure à la longueur axiale de la partie 52. Cette partie moletée 52 est emmanchée à force dans l'alésage interne de 1 'entretoise 159 de la figure 1. L'entretoise 159 est donc bloquée en rotation par cette partie moletée 52, qui pénètre partiellement dans celle- ci comme à la figure 1.
Suivant une caractéristique les gorges de sertissage 51, 55 sont plus profondes que les gorges de séparation 61, 62, en sorte que le diamètre du fond des gorges 61,62 est supérieur à celui du fond des gorges de sertissage comme visibles dans les figures 3, 4, 9, 9A, 9B, 9C. Ainsi la profondeur des gorges 55, 51 de sertissage est supérieure à la profondeur des stries de la zone moletée 156, 150. Ces gorges sont adjacentes respectivement à la zone 156 et à la partie 50.
A la figure 4 on voit que l'arbre 3 présente également une partie moletée 152 à strie d'orientation axiale pour réaliser la même fonction de blocage en rotation de l'entretoise 159.
La matière des roues polaires 7,8 est destinée à pénétrer par fluage de matière, suite à une opération de sertissage décrite ci-après et visible dans les figures les figures 9, 9A, 9B, radialement dans les gorges de sertissage respectivement 51, 55 pour remplir celles-ci et en partie axialement et radialement respectivement dans la partie moletée 50 et dans la zone moletée 56. Ainsi chaque roue polaire est bloquée axialement par les gorges 51, 55 et en rotation par la partie moletée 50 de la zone 150 et par la zone moletée 56 de la zone 156. On obtient ainsi une solidarisation de l'arbre avec les roues polaires grâce aux zones de sertissage 150, 156.
Dans le mode de réalisation de la figure 4 il n'est pas prévu de gorge de sertissage et les zones de sertissage sont constituées par une zone moletée de sertissage arrière 256, de même longueur axiale L4 que la zone 156, et par une zone moletée de sertissage avant 250 ici de longueur axiale L5 inférieure à la longueur L4. La zone de centrage 54 et les gorges 62, 61 sont inchangées .
On notera que la longueur axiale de l'ensemble formé par la zone 250, la partie moletée 152 précitée et la gorge 151 de raccordement de la zone 250 à la partie 152, est égale à la longueur L2 de la zone 150 de la figure 3. Ici la gorge 151 est plus courte axialement que la gorge
51 de la figure 3 en sorte que la zone 250 à une longueur
L5 supérieure à celle de la partie 50.
Les zones moletées de sertissage 256, 250 sont à stries croisées .
Plus précisément les stries, réalisées à la périphérie externe de l'arbre 3, sont inclinées dans un sens et le sens inverse en sorte que ces stries se croisent.
Les zones moletées 256, 250 sont plus facile à réaliser que les zones 156, 150 de la figure 3 et donc moins coûteuses .
Lors de l'opération de sertissage la matière des roues polaires 7, 8 pénètre dans ces stries croisées en sorte que l'on obtient un blocage axiale et en rotation des roues polaires 7, 8 sur l'arbre 3 et ce de manière simple sans gorge de sertissage. La pénétration de la matière des roues polaires 7, 8 dans les stries croisées est plus aisée .
On notera également que dans la figure 4 on supprime la collerette 57 de la figure 3, la partie arrière 13 de l'arbre 3 étant raccordée à la zone 256 par un chanfrein de forme plus simple que l'arrondi de raccordement de la collerette 57 à la partie arrière 13.
Bien entendu on peut combiner les deux modes de réalisation et remplacer une zone de sertissage d'un mode de réalisation par une zone de sertissage de l'autre mode de réalisation compte tenu de l'égalité des longueurs L4 et L2. Par exemple à la figure 3 on peut remplacer la zone 156 par la zone 256 de la figure 4. En variante, comme visible à la figure 10 on peut conserver la collerette 57 et la gorge 55.
Dans tous les cas on déforme localement les roues polaires et ce plastiquement . On notera que dans ces figures 3 et 4 que la longueur Ll est supérieure à la somme des longueurs L2+L4
La différence entre les diamètres Dl et D2 varie en fonction des applications. Elle est avantageusement faible pour réduire les efforts de sertissage à l'aide d'outils décrits ci-après. Cette valeur est comprise par exemple entre 0,1 et 1 mm.
Ainsi qu'il ressort de la description lors de l'assemblage de l'arbre avec les roues 7, 8 on enfile l'extrémité avant 31, 32 de l'arbre 3 dans l'extrémité arrière du rotor 2 pour arriver dans les configurations visibles dans les figures 5 et 6 avant l'opération de sertissage .
Dans ces deux modes de réalisation on usine par avance l'alésage interne des roues polaires et par avance le diamètre extérieur des roues polaires, c'est à dire la périphérie externe des dents, pour avoir une bonne concentricité entre les roues polaires et l'arbre et obtenir l'entrefer voulu entre le rotor et le stator de la machine. Cela est rendu possible grâce à la zone de centrage 54 en contact intime par sa périphérie externe avec la périphérie interne des roues polaires délimitée par les alésages centraux, ici cylindriques, des roues polaires .
On obtient ainsi à la faveur de ce contact intime un ajustement de centrage entre le diamètre des alésages centraux et le diamètre de la zone de centrage.
Ces usinages sont réalisés à l'aide d'outils lubrifiés sans risque de projection de copeaux chauds sur le bobinage 10 de la figure 1 puisque ce bobinage n'est pas présent à ce stade. Cela permet également, si désiré pour augmenter la puissance de la machine, d'usiner des rainures ou gorges axiales dans au moins une face latérale d'au moins certaines dents 9 de la figure 1 ou 2 pour le montage d'aimants permanents entre les dents à l'aide d'une fraise comme décrit dans le brevet FR 2 793 085.
Le diamètre de cette fraise n'est pas limité puisque à ce stade les roues polaires ne sont pas encore assemblées ensembles. Il en est de même de la profondeur des rainures .
Les gorges peuvent être débouchantes ou non débouchantes.
Cela permet de monter des aimants permanents de longueur différente .
La fraise peut être lubrifiée.
D'une manière générale la lubrification des outils permet d'augmenter la durée de vie de ceux-ci.
Ensuite on monte le bobinage 10 sur le noyau de la figure
1 constituées de deux demi noyaux appartenants chacun au flasque d'une roue polaire. Puis, notamment pour un bon passage du flux magnétique, à l'aide d'une presse de compactage on presse l'une contre l'autre les roues polaires via les demi noyaux, ici monoblocs avec les flasques des roues polaires.
Ensuite on emmanche l'arbre 3 dans les alésages interne centraux des roues polaires. On effectue également le positionnement angulaire d'une roue par rapport à l'autre notamment à l'aide de doigts interposés de manière temporaire entre les saillies des griffes de la roue polaire concernée et ce pendant l'opération de compactage ou de pressage.
En considérant la figure 2, on monte les aimants dans une gorge débouchante ou non débouchante de l'une des dents d'une roue polaire, puis on amène l'autre roue polaire, qui par magnétisme prendra la bonne position. Le montage de l'arbre dans l'alésage des roues polaire ne détruira pas ce positionnement du fait que c'est la zone de centrage 54, qui est emmanchée dans cet alésage. Il en est de même lorsqu'il n'y a pas d'aimants, le positionnement angulaire n'étant pas détruit.
La zone 54 permet également une protection des tronçons 32 et 132 de montage des roulements. Ces tronçons ne sont pas endommagés lorsque l'on enfile l'arbre 3, par son extrémité avant, dans l'alésage central des roues polaires .
A la figure 5 on voit la position finale de l'arbre après cet emmanchement .
Ainsi on voit en 83 le flasque transversal de la roue polaire arrière, en 86 l'alésage central interne et cylindrique de la roue polaire arrière 8 et en 84 le demi noyau de cette roue 8 présentant une face externe 81, tournée vers le palier arrière 17 de la figure 1, et une face interne 82 constituée par l'extrémité libre du demi noyau 84.
De même on voit en 73 le flasque transversal de la roue polaire avant, en 76 l'alésage centrale interne et cylindrique de la roue polaire avant 7 et en 74 le demi noyau de cette roue 7 présentant une face externe 71, tournée vers le palier arrière 16 de la figure 1, et une face interne 72 constituée par l'extrémité libre du demi noyau 74. Les demi noyaux 74, 84 sont implantés à la périphérie interne des flasques 73, 83 des roues polaires ^ Q
Les faces 71 et 81 constituent respectivement la face frontale avant et la face dorsale arrière du rotor 2 et sont d'orientation transversale par rapport à l'axe X-X de l'arbre 3. Les faces 71, 81 constituent donc les faces d'extrémité axiale du rotor 2. Les faces 72 et 82 sont également d'orientation transversale par rapport à l'axe X-X et sont destinées à venir en butée l'une contre l'autre comme visible dans cette figure 5 pour assurer de manière précitée le passage du flux magnétique.
L'alésage interne des roues polaires 7, 8, ici cylindrique, a une forme complémentaire à celui de la zone de centrage 54.
Plus précisément la périphérie externe de la zone de centrage est en contact intime avec le bord des alésages 82, 76, c'est-à-dire avec la périphérie interne des roues polaires, tandis que la zone moletée 56 et les parties moletées 50, 52 n'interfèrent pas lors de cette étape avec les bords de ces alésages 86, 76 du fait que le diamètre Dl de la zone de centrage 54 est supérieur au diamètre D2 de cette zone moletée 56 et de ces parties moletées 50,52.
Les contraintes mécaniques sont donc minimes à ce stade par rapport à l'emmanchement à force de l'état de la technique. De plus on obtient de manière précitée une bonne concentricité en sorte que la périphérie externe des roues peut être usinée par avance. Dans la figure 5 on a représenté dans la partie basse des sillons 91 que l'on peut également réaliser par avance de manière optionnelle à la périphérie externe des dents pour diminuer les courants de Foucault. Ces sillons 91 sont dans un mode de réalisation de forme hélicoïdale. On notera que la collerette 57 présente un diamètre légèrement supérieur à celui de la zone moletée 56 en sorte que cette collerette vient en contact avec la roue polaire 8 ce qui permet de limiter le mouvement relatif de l'arbre par rapport aux roues et de bien positionner axialement celui-ci. Il en est de même avec l'arbre de la figure 10. La collerette 57 est donc une simple collerette de positionnement et non de reprise d'effort en sorte qu'elle est de faible épaisseur. Son diamètre est voisin de celui du diamètre Dl en étant légèrement supérieur à celui-ci pour pouvoir prendre appui sur la face externe 81 de la roue 8.
Cette collerette 57, de faible épaisseur, est implantée axialement entre le collecteur 100 et la zone de sertissage 156 comme visible à la figure 5. Pour ce faire la face 81 présente centralement un dégagement, non référencé, comme visible également à la figure 8.
Suivant une caractéristique les déformations locales du rotor à griffes sont générées à l'aide d'un outil de sertissage .
Les roues 7, 8 présentent localement chacune une empreinte, respectivement 75, 85, de forme annulaire.
Ces empreintes sont réalisées, dans un premier mode de réalisation, par avance comme visible dans les figures 5,
6, 7, dans les faces d'extrémité axiale des roues polaires, c'est-à-dire dans les faces externes 81, 71 des flasques des roues polaires.
Ces empreintes sont destinées à la réception de l'outil de sertissage 185, qui est déplacé axialement en étant soumis à un effort de pression pour réaliser l'opération de sertissage.
En variante comme visible dans les figures 9, 9A, 9B c'est l'outil de sertissage lui-même qui crée les empreintes .
Les empreintes 75, 85 sont donc des empreintes de sertissage .
Cet outil a une forme tubulaire.
On a représenté cet outil dans les figures 7, 8, 9, 9A et
9B car celui-ci a une forme spéciale.
En effet l'outil comporte un dégagement 190 pour ne pas interférer avec les branches 102 du collecteur 100, plus précisément avec les tronçons courbés de raccordement des branches à l'anneau 101. De l'autre côté du rotor, c'est-à-dire au niveau de la face 71, l'outil de sertissage n'a pas besoin d'un tel dégagement. Dans tous les cas l'outil 185 tubulaire comporte à l'avant une extrémité libre 187 annulaire conformée en bord d'attaque pour pénétrer dans l'empreinte 75, 85 concernée ou pour former cette empreinte .
Cette extrémité avant comporte intérieurement une face 186 de forme tronconique et extérieurement une face externe 188 également de forme tronconique raccordée à la face interne 186 par une extrémité arrondie 189 comme mieux visible à la figure 9A.
En considérant l'extrémité avant de l'outil, destinée à coopérer avec la roue polaire 7, 8 concernée, on voit que la face 186 est divergente à l'avant vers l'extérieur de l'outil, c'est-à-dire évasée, tandis que la face 188 est inclinée en sens inverse et converge à l'avant vers le centre de l'outil.
Les empreintes 75, 85, de forme complémentaire à celle de l'outil 185, comportent chacune, comme mieux visible à la figure 9B, un bord inférieur 286, raccordé par une portion de forme arrondie 289 à un bord supérieur 288. Les bords 286, 288 ont une forme complémentaire à celle des faces 186, 188 raccordées par entre elles via une extrémité de forme arrondie 289 que présente l'extrémité libre de l'outil 185. Le bord 286, de forme tronconique, est incliné en direction de l'axe X-X et est convergent vers cet axe à l'extérieur du rotor 2, tandis que le bord 288 est divergent à l'extérieur du rotor.
La coopération de l'outil 185 avec l'empreinte 85 est mieux visible à la figure 9A.
L'outil 185 est déplacé axialement en étant soumis à une force de pression et fait fluer la matière, ici de la roue polaire arrière 8, axialement et radialement vers l'intérieur compte tenu de l'inclinaison de la face 186 et du bord 286, et ce avec une déformation plastique de la matière.
On voit à la figure 9B le résultat final, la matière fluant radialement dans la gorge 55 et radialement et axialement vers l'intérieur dans la zone moletée 56 en sorte que l'on obtient un blocage en rotation, via la zone moletée 56, et en translation, via la gorge 55. Il en est de même pour la zone de sertissage avant 150, la matière de la roue polaire 7, sous l'action du déplacement axial de l'outil de sertissage engagé dans l'empreinte 85, fluant radialement intérieurement dans la gorge 51 et radialement et axialement intérieurement dans la zone moletée 50 en sorte que l'on obtient un blocage en rotation, via la parie moletée 50, et en translation, via la gorge 51.
A la figure 6 on obtient la même chose, le déplacement axial de l'outil engagé, respectivement dans l'empreinte 85 et dans l'empreinte 75 engendrant un fluage de matière axial et radial intérieurement dans respectivement la zone de sertissage 256 et dans la zone de sertissage 250. Ces zones étant à stries croisées, on obtient un blocage en translation et en rotation des roues polaires avec l'arbre 3.
On notera que l'extrémité libre 187 de l'outil est réalisée à la faveur d'un changement de diamètre délimité par un épaulement transversal 184 (figure 9A) . Cette extrémité 187 étant d'épaisseur réduite par rapport à la partie principale 183 de l'outil de diamètre intérieur supérieur à celui de la collerette 57.La face arrière de cet outil est soumise à l'action d'un élément presseur pour déformer localement, par l'intermédiaire de son extrémité libre 187, la roue polaire concernée. Dans la figure 9A, lorsque c'est l'outil qui crée l'empreinte, on obtient en réalité deux secteurs annulaires de fluage de la matière de l'extrémité axiale 81 de la roue polaire 8 à cause du dégagement 190 de l'outil pour les bras du collecteur.
Il en est de même au niveau de la face 71 lorsque l'on utilise le même outil.
En variante, au niveau de la face d'extrémité axiale 71, l'outil 185 est dépourvu d'un tel dégagement en sorte que l'on obtient un anneau continu de fluage de matière. Les empreintes peuvent donc être fractionnées en deux secteurs annulaires.
Bien entendu, en variante on peut fractionner l'extrémité libre 187 en plusieurs secteurs annulaires.
L'angle c (figure 9A) de la face 186 est compris dans ce mode de réalisation entre 20° et 45°, avantageusement entre 30° et 38°.
L'angle de la face tronconique 188 est faible. Cet angle est compris par exemple entre 1° et 5°
Bien entendu la valeur de ces angles dépend des applications .
On notera que dans la figure 8 le ventilateur arrière 24 de la figure 1 n'est pas encore monté et que le diamètre interne de ce ventilateur est supérieur à celui de l'anneau 101.
D'une manière générale les empreintes 75, 85 de sertissage sont implantées à l'intérieur du trou central du ventilateur concerné en sorte que ceux-ci ne sont pas modifiés .
Ces empreintes 75, 85 sont proches de la périphérie interne des roues polaires 7, 8. Elles sont implantées radialement au dessus des zones de sertissage en étant voisines de celle-ci.
La présente invention conserve également la configuration des roues polaires, seul l'alésage interne cylindrique de celles-ci est modifié.
Le collecteur 100, l'entretoise 159 et les parties avant et arrière de l'arbre sont également conservées.
Bien entendu en variante l'extrémité arrière de l'arbre peut être modifiée car on enfile l'extrémité avant de l'arbre 3 dans l'alésage des roues polaires.
Cette extrémité arrière peut donc avoir radialement une taille supérieure ou égale çà celle de l'extrémité avant.
Dans tous les cas la taille radiale de la portion intermédiaire est supérieure à celle de la partie avant.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits.
Ainsi l'alternateur peut être sans balais comme décrit par exemple dans le document FR 2 744 575, auquel on se reportera .
Dans ce cas le palier arrière a une forme profonde et le rotor à griffes est constitué par une roue polaire principale étagée et par une roue polaire en porte à faux, qui sont fixées entre elles par un anneau en matériau amagnétique. Cet anneau relie entre elles les dents imbriquées des deux roues polaires.
Le noyau est fixe et est fixé sur la face arrière du palier avant formant couvercle pour le palier arrière. Une des roues polaire est donc dépourvue de flasque, tandis que l'autre roue polaire principale est assemblée avec l'arbre selon l'invention, les zones de sertissage étant implantées chacune à une extrémité axiale de la roue polaire principale. A la lumière de ce document on voit que les composants électroniques peuvent être portés par le palier avant et qu'un unique ventilateur peut être monté à l'extrémité arrière de l'arbre.
En variante l'alternateur constitue l'alternateur d'excitation d'un ralentisseur électromagnétique.
Dans ce cas, comme décrit dans le document WO 2004/017502 auquel on se reportera, il suffit d'inverser les structures comme mentionné dans ce document.
Dans les exemples de réalisation la longueur axiale des zones de sertissage est inférieure à l'épaisseur des flasques 73, 83 des roues polaires. Bien entendu cela dépend des applications.
On notera que les zones de sertissage sont axialement de plus grande longueur que celles du document DE 300 84 54.
Dans un mode de réalisation un noyau intermédiaire peut être implanté entre les deux roues polaires en étant distinct de celles-ci.
Par exemple à la figure 5 on peut raccourcir axialement les demi noyaux 74, 84 et placer entre ceux-ci un noyau intermédiaire distinct.
Ce noyau sera centré, ainsi que les roues polaire, par la zone de centrage.
Cette zone de centrage n'est pas forcément lisse. En variante elle présente par exemple en saillie des points ou des zones de contact, par exemple formées à la faveur de sillon pour contact avec le bord des alésages.
D'une manière générale la taille radiale de l'alésage interne correspond à celle de la zone de centrage pour avoir un contact intime de centrage. On obtient un ajustement entre l'arbre et la roue polaire principale ou les roues polaires Ainsi dans les figures 3 à 6 le diamètre interne de l'alésage 76, 86 des demi noyaux 74, 84 est ajusté au diamètre Dl de la zone de centrage 54.
On appréciera que la résistance mécanique de l'arbre selon l'invention est supérieure à la résistance mécanique de l'arbre du document DE 300 84 54 car dans la présente invention le diamètre D2 des zones de sertissage est inférieur au diamètre Dl de la zone de centrage et est supérieur au plus grand diamètre D3 de l'extrémité avant 31, 32 de l'arbre 3, tandis que dans le document DE 300 84 54 le plus grand diamètre de l'extrémité avant de l'arbre est supérieur au diamètre D2 des zones de sertissage.
En outre dans le document DE 300 84 54 le plus grand diamètre de la partie lisse de l'arbre est constant en sorte que les zones de montage des roulements risquent d'être endommagées lors du montage des roues polaires sur 1 'arbre .
Dans la présente invention cela ne se produit pas puisque un jeu radial existe entre les alésages centraux des roues polaires et le plus grand diamètre D3 de l'extrémité avant de l'arbre, sachant que l'on enfile l'extrémité avant de l'arbre dans l'extrémité arrière du rotor à griffes.
Dans le document DE 300 84 54 les usures mécaniques des bagues collectrices, en contact avec les balais du porte- balais, sont plus importantes puisque le plus grand diamètre de la partie lisse de l'arbre est constant, tandis que grâce à l'invention, de manière précitée, l'extrémité arrière de l'arbre est de diamètre réduit en sorte que le diamètre des bagues collectrices est réduit ainsi que les usures mécaniques. Grâce à l'invention on augmente la longueur axiale des zones de sertissage par rapport à celles du document DE 300 84 54, tout en ayant une zone de centrage de grande longueur axiale.
On obtient ainsi une bonne concentricité de l'assemblage des roues polaires avec l'arbre tout en ayant un assemblage robuste et fiable des roues polaires avec 1 ' arbre .
L'usinage des zones de sertissage est plus aisée et plus économique que celui des zones de sertissage du document DE 300 84 54.
Les efforts de sertissage sont également réduits.
On appréciera qu'une zone de sertissage sous la forme d'une zone moletée à stries croisées est d'un coût réduit et permet une meilleur tenue axiale de l'assemblage des roues polaires avec l'arbre du fait que l'on obtient une bonne pénétration de la matière de la roue polaire concernée dans les stries.
Grâce à la zone de centrage saillante on obtient une bonne concentricité entre les roues polaires et l'arbre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Arbre (3) de rotor à griffes (2) comportant une extrémité avant dotée de plusieurs tronçons (31,32), une extrémité arrière et un tronçon intermédiaire de support et de fixation du rotor à griffes présentant, d'une part, deux zones moletées (150, 156-250, 256), dites zones de sertissage, destinées à être assemblées avec le rotor à griffes (2) par déformation locale de matière du rotor à griffes (2), et d'autre part, une zone de centrage (54) destinée à centrer le rotor à griffes et disposée entre les zones de sertissage (150, 156 - 250, 256) , ladite zone de centrage s 'étendant en saillie radiale par rapport au zones de sertissage , caractérisé en ce que les zones de sertissage (150, 156 - 250, 256) s'étendent en saillie radiale par rapport au tronçon (32) radialement de plus grande taille de l'extrémité avant de l'arbre (3) .
2. Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque zone de sertissage (150, 156 - 250, 256) est séparée de la zone de centrage (54) par une gorge de séparation (61, 62).
3. Arbre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une (150, 250) des zones de sertissage est scindée en deux parties (50,52) séparées par une gorge de sertissage (51, 151).
4. Arbre selon l'une quelconque de revendication précédentes, caractérisé en ce que l'une des zones de sertissage (156, 256) est délimitée par une collerette destinée à venir en appui sur le rotor à griffes (2)
5. Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des zones de sertissage (150, 156) comporte une zone moletée (56, 150) à stries d'orientation axiale et une gorge de sertissage (55, 51).
6. Arbre selon la revendication 5, prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisée en ce que la ou les gorges de sertissage (51, 55) et les gorges de séparation (61, 62) sont de section circulaire et en ce que le diamètre du fond des gorges de séparation (61, 62) est supérieur au diamètre du fond de la ou les gorges de sertissage (51, 55).
7. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une au moins des zones de sertissage (250, 256) comporte une zone moletée à stries croisées .
8. Arbre selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque zone de sertissage (250, 256) comporte une zone moletée à stries croisées.
9. Arbre selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une (250) des zones de sertissage est raccordée à une partie moletée à stries d'orientation axiale par l'intermédiaire d'une gorge de raccordement (151).
10. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les zones de sertissages (150, 156 - 250, 256) ont axialement des longueurs différentes .
11. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la zone de centrage (54) présente une longueur axiale (Ll) supérieure à celle de chaque zone de sertissage (150, 156 - 250, 256).
12. Arbre selon la revendication 11, caractérisé en ce que la longueur axiale (Ll) de la zone de centrage (54) est supérieure à la somme des longueurs (L2+L4) des deux zones de sertissage (150, 156-250, 256).
13. Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de centrage
(54), les zones de sertissage (150, 156-250, 256) et le tronçon (32) radialement de plus grande taille de l'extrémité avant de l'arbre (3) sont de section circulaire, en ce que le diamètre (Dl) de la zone de centrage (54) est supérieur à celui (D2) des zones de sertissage ((150, 156 - 250, 256) et en ce que le diamètre (D2) des zones de sertissage ((150, 156 - 250, 256) est supérieure au diamètre (D3) du tronçon (32) radialement de plus grande taille de l'extrémité avant de l'arbre (3) .
14. Arbre selon la revendication 13, caractérisé en ce que la différence de diamètre (D1-D2) entre la zone de centrage (54) et les zones de sertissage ((150, 156-250, 256) est comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
15. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la zone de centrage (54) est de forme lisse.
16. Rotor à griffes, caractérisé en ce qu'il est équipé à fixation d'un arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes.
17. Rotor selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte une empreinte de sertissage (75, 85) à chacune de ses extrémités axiales (71, 81).
18. Rotor selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'une (85) au moins des empreintes (75, 85) est fractionnée en deux secteurs annulaires.
19. Rotor selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que l'une au moins des empreintes (75, 85) est de forme annulaire.
20. Rotor selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que les empreintes sont délimitées par un bord inférieur (286) incliné vers l'axe X-X de l'arbre (3) .
21. Rotor selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison du bord inférieur est compris entre 20° et 45°.
22. Rotor selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte deux roues polaires (7, 8) comportant chacune un flasque portant à sa périphérie externe une pluralité de dents (9) et à sa périphérie interne un demi noyau (74, 84) et en ce que les demi noyaux (74, 84) sont juxtaposés.
23. Machine électrique tournante, caractérisé en ce qu'elle est équipée d'un rotor à griffes selon l'une quelconque des revendications 16 à 23.
24. Machine électrique tournante selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'elle consiste en un alternateur ou en un alterno-démarreur .
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