WO2012066218A2 - Procede d'assemblage d'un collecteur sur l'arbre d'un rotor, et collecteur, arbre, rotor et machine electrique tournante pour la mise en oeuvre de celui-ci - Google Patents

Procede d'assemblage d'un collecteur sur l'arbre d'un rotor, et collecteur, arbre, rotor et machine electrique tournante pour la mise en oeuvre de celui-ci Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method of assembling a collector on the shaft of a rotor of a rotating electrical machine, as well as the adapted shaft and collector.
  • the invention also relates to a rotor comprising such shaft and collector, and a rotary electric machine equipped with such a rotor.
  • a manifold having slip rings for supplying power to one or more windings of a rotor of a rotating electrical machine is generally embodied as a separate piece which is then attached to one end of the rotor shaft .
  • the mechanical stresses applied to the collector during the assembly must be low because the material of the collector, in particular plastic, is generally very brittle;
  • a method such as that described in the patent application FR2514209 would probably improve the bonding between the collector and the knurled portion of the outside of the shaft by interposing an impregnating resin.
  • the object of the present invention is therefore to overcome the above drawbacks by proposing a method of assembling a collector on the shaft of a rotor, by press fitting on an externally knurled portion of one end of the rotor. shaft, remarkable in that this fitting is made so that the outer knurled portion remains located outside a first portion of the collector supporting slip rings.
  • an internally knurled portion of the manifold located substantially outside this first portion is advantageously force-fitted on a smooth portion outside the end of the shaft.
  • a collector adapted to the implementation of the method according to the invention, and of the type of those made by overmolding insulating material on electrically conductive elements comprising slip rings, is remarkable in that it comprises an internally located knurled portion essentially outside a first portion of the manifold that supports the slip rings.
  • this manifold has a smooth portion internally outside its knurled portion internally.
  • a shaft of a rotor adapted to the implementation of the method according to the invention is also remarkable in that it comprises an end having an externally knurled portion adapted to cooperate with a second portion of a collector not supporting rings. collectors of this collector.
  • the end of this shaft preferably has a smooth portion externally outside the knurled portion externally.
  • the invention also relates to a rotor comprising a collector and a shaft as described above, and a rotary electrical machine comprising such a rotor.
  • Figure 1 illustrates the method of assembly on the shaft of a rotor according to the invention.
  • Figure 2a is an end view of the end of a shaft of a rotor according to the invention.
  • Figure 2b is an end view of a collector according to the invention.
  • Figure 3 is an axial sectional view of the collector and the end of the rotor shaft according to the invention.
  • Figure 1 shows the proposed solution of assembling a shaft 2 and a collector 3 partially knurled.
  • the end 4 of the shaft 2 has, on the side 5 of the connections of the excitation winding of the rotor, an externally knurled portion 6.
  • these teeth regularly distributed on the periphery of the end 4 of the axis 2 with an outside diameter of about 5.6 mm, are 36 in number and have a height of about 0. , 1 mm.
  • the externally knurled portion 6 extends axially only about
  • This externally smooth portion 7 does not deform the collector 3 during the assembly 1, and in particular the slip rings 8, insofar as, according to the method of the invention, the knurled part externally 6 remains located outside of a first portion A of the collector 3 which supports these rings 8.
  • Maintaining the collector 3 on the end of the shaft 2 is ensured by the deformation of the material of the collector 3, such as plastic, less hard than the material of the shaft 2, generally steel, at the level of a second portion B of the manifold 3 which does not support the slip rings 8.
  • An additional maintenance of the collector 3 on the end 4 of the axis 2, to avoid play, is obtained by providing the collector 3 with an internally knurled portion 9 located essentially outside the first portion A of the collector 3 and at a third extremal portion C.
  • the end view of the collector 3 of FIG. 2a clearly shows the tooth-shaped profile of the axial grooves constituting the knurling 9.
  • these teeth regularly distributed on the periphery of the axial bore 10 with an internal diameter of about 5.6 mm, are 36 in number and have a depth of about 0.1 mm.
  • the internally knurled portion 9 extends axially only about 2 mm, in this particular embodiment of the invention. Most of the axial bore 10, to the electrically conductive elements 1 1, is smooth.
  • the internal diameter of the axial bore of the manifold 3 is advantageously substantially identical to the outer diameter of the end 4 of the rotor axis 2, that is to say about 5.6 mm in this embodiment. . In this way, guidance is obtained without effect on the shape of the slip rings 8.
  • the advantage of the method of assembling a manifold 3 on a shaft 2 according to the invention, and collector 3 and shaft 2 adapted, is that, thanks to the partial knurling on the shaft 2 and on a tip C of the collector 3, a good maintenance of the collector 3 is assured without significant deformation of the slip rings 8.
  • slip rings 8 being less deformed during the assembly operation, a rotating electric machine provided with a rotor comprising a collector 3 and a shaft 2 assembled by the method according to the invention will have a longer service life because the forces and vibrations caused by ovalization of the slip rings 8 will be lower and therefore the wear of the brushes is reduced.

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Abstract

Le procédé d'assemblage selon l'invention concerne l'emmanchement à force d'un collecteur (3) sur l'arbre (2) d'un rotor. Cet emmanchement à force intervient sur une partie moletée extérieurement (6) d'une extrémité (4) de l'arbre. Conformément à l'invention, cet emmanchement est réalisé de telle sorte que la partie moletée extérieurement reste située à l'extérieur d'une première portion (A) du collecteur supportant des bagues collectrices (8). Selon une autre caractéristique, une partie moletée intérieurement (9) du collecteur, située essentiellement à l'extérieur de la première portion (A), est emmanchée à force sur une partie lisse extérieurement (7) de l'extrémité de l'arbre. L'invention présente notamment l'avantage d'autoriser une durée de vie allongée des balais. L'invention est particulièrement adaptée pour une application dans un alternateur ou un alterno-démarreur de véhicule automobile.

Description

PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'UN COLLECTEUR SUR L'ARBRE D'UN ROTOR, ET COLLECTEUR, ARBRE, ROTOR ET MACHINE ELECTRIQUE
TOURNANTE POUR LA MISE EN ŒUVRE DE CELUI-CI DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.
La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'un collecteur sur l'arbre d'un rotor d'une machine électrique tournante, ainsi que les arbre et collecteur adaptés.
L'invention concerne également un rotor comprenant de tels arbre et collecteur, ainsi qu'une machine électrique tournante équipée d'un tel rotor.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.
Un collecteur comportant des bagues collectrices permettant l'alimentation en courant du ou des enroulements d'un rotor d'une machine électrique tournante est généralement réalisé sous la forme d'une pièce séparée qui est rapportée ensuite à une extrémité de l'arbre du rotor.
Il est connu de réaliser un tel collecteur par surmoulage de matière isolante sur des éléments électriquement conducteurs, de manière à former un corps de forme globalement cylindrique présentant sur sa surface extérieure des bagues conductrices, et intérieurement des éléments de connexion des bagues avec les extrémités du ou des enroulements. Un alésage axial permet l'agencement du collecteur en bout d'arbre du rotor.
L'assemblage du collecteur sur l'arbre est une opération délicate, car elle doit répondre à des objectifs divergents:
- le collecteur doit être solidement fixé sur l'arbre;
- les contraintes mécaniques appliquées sur le collecteur au cours de l'assemblage doivent être faibles car le matériau du collecteur, notamment du plastique, est généralement très cassant;
- le procédé doit être simple à mettre en œuvre pour une fabrication en série. Le procédé décrit dans le brevet américain US41 14056 consiste à emmancher à force, au moyen d'une presse, le collecteur sur l'arbre dont l'extrémité a été moletée.
Ce procédé est simple, mais durant l'opération d'assemblage, la partie moletée extérieurement de l'arbre, comportant des dents présentant des arêtes tranchantes dans le cas d'un moletage important, occasionne des fissurations du collecteur.
L'expérience montre que ces fissures fragilisent mécaniquement le collecteur et sont la cause de courts-circuits entre l'arbre et les bagues collectrices.
De plus, la déformation du collecteur après emmanchement sur l'arbre, notamment des bagues collectrices, n'est pas uniforme. Une section, de circulaire, devient elliptique. Ce défaut se traduit par une usure prématurée des balais et conduit à une réduction de la durée de vie de la machine.
Une diminution de la hauteur des dents du moletage permettrait de pallier les inconvénients précités, mais diminuerait la fiabilité de la fixation du collecteur sur l'arbre.
Un procédé tel que celui décrit dans la demande de brevet FR2514209 permettrait probablement d'améliorer la solidarisation entre le collecteur et la partie moletée extérieurement de l'arbre en interposant une résine d'imprégnation.
Toutefois un procédé de ce type perdrait de sa facilité de mise en œuvre.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.
Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients ci- dessus en proposant un procédé d'assemblage d'un collecteur sur l'arbre d'un rotor, par emmanchement à force sur une partie moletée extérieurement d'une extrémité de l'arbre, remarquable en ce que cet emmanchement est réalisé de telle sorte que la partie moletée extérieurement reste située à l'extérieur d'une première portion du collecteur supportant des bagues collectrices.
De plus, selon ce procédé, une partie moletée intérieurement du collecteur située essentiellement à l'extérieur de cette première portion est avantageusement emmanchée à force sur une partie lisse extérieurement de l'extrémité de l'arbre.
Un collecteur adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et du type de ceux réalisés par surmoulage de matière isolante sur des éléments électriquement conducteurs comprenant des bagues collectrices, est remarquable en ce qu'il comporte une partie moletée intérieurement située essentiellement à l'extérieur d'une première portion du collecteur qui supporte les bagues collectrices.
De préférence, ce collecteur présente une partie lisse intérieurement en dehors de sa partie moletée intérieurement. Un arbre d'un rotor adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est aussi remarquable en ce qu'il comporte une extrémité présentant une partie moletée extérieurement apte à coopérer avec une seconde portion d'un collecteur ne supportant pas des bagues collectrices de ce collecteur.
L'extrémité de cet arbre présente de préférence une partie lisse extérieurement en dehors de la partie moletée extérieurement.
L'invention concerne aussi un rotor comprenant un collecteur et un arbre tels que décrits précédemment, ainsi qu'une machine électrique tournante comprenant un tel rotor.
Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par le procédé d'assemblage d'un collecteur sur l'arbre d'un rotor selon invention par rapport à l'état de la technique antérieur, au plan du maintien du collecteur sur l'arbre sans détérioration des bagues collectrices.
Quand cette machine électrique tournante est un alternateur, ou alterno- démarreur de véhicule automobile, la durée de vie allongée des balais autorisée par la présente invention est un avantage très important.
Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.
La Figure 1 illustre le procédé d'assemblage sur l'arbre d'un rotor selon l'invention.
La Figure 2a est une vue en bout de l'extrémité d'un arbre d'un rotor selon l'invention.
La Figure 2b est une vue en bout d'un collecteur selon l'invention.
La Figure 3 est vue en coupe axiale du collecteur et de l'extrémité de l'arbre du rotor selon l'invention.
DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE DE L'INVENTION.
L'optimisation de l'assemblage 1 et du serrage entre l'arbre 2 et le collecteur 3 consiste à modifier les deux surfaces en contact afin de diminuer les déformations des bagues sans dégrader le niveau de serrage. La Figure 1 montre bien la solution proposée consistant à assembler un arbre 2 et un collecteur 3 partiellement moletés.
L'extrémité 4 de l'arbre 2 présente, du côté 5 des connexions de l'enroulement d'excitation du rotor, une partie moletée extérieurement 6.
La vue en bout de l'extrémité 4 de l'arbre 2 de la Figure 2a montre bien le profil en forme de dents des arêtes axiales qui constituent le moletage 6.
Dans cette forme de réalisation, ces dents, réparties régulièrement sur la périphérie de l'extrémité 4 de l'axe 2 d'un diamètre extérieur d'environ 5,6 mm, sont au nombre de 36 et présentent une hauteur d'environ 0,1 mm.
La partie extérieurement moletée 6 s'étend axialement seulement sur environ
5 mm dans cette forme de réalisation particulière de l'invention.
La plus grande partie de l'extrémité 4 de l'axe 2 est donc lisse.
Cette partie lisse extérieurement 7 ne déforme pas le collecteur 3 au cours de l'assemblage 1 , et notamment les bagues collectrices 8, dans la mesure où, selon le procédé de l'invention, la partie moletée extérieurement 6 reste située à l'extérieur d'une première portion A du collecteur 3 qui supporte ces bagues 8.
Le maintien du collecteur 3 sur l'extrémité de l'arbre 2 est assuré par la déformation du matériau du collecteur 3, tel que du plastique, moins dur que la matière de l'arbre 2, généralement de l'acier, au niveau d'une seconde portion B du collecteur 3 qui ne supporte pas les bagues collectrices 8.
Un maintien supplémentaire du collecteur 3 sur l'extrémité 4 de l'axe 2, pour éviter tout jeu, est obtenu en munissant le collecteur 3 d'une partie moletée intérieurement 9 située essentiellement à l'extérieur de la première portion A du collecteur 3 et au niveau d'une troisième portion C extrémale.
Dans ces conditions, la déformation du matériau du collecteur 3, qui permet le serrage du collecteur 3 sur l'extrémité 4 de l'arbre 2 du rotor, n'a pas d'influence sur la forme des bagues collectrices 8 qui restent cylindriques.
La vue en bout du collecteur 3 de la Figure 2a montre bien le profil en forme de dents des rainures axiales qui constituent le moletage 9.
Dans cette forme de réalisation, ces dents, réparties régulièrement sur la périphérie de l'alésage axial 10 d'un diamètre intérieur d'environ 5,6 mm, sont au nombre de 36 et présentent une profondeur d'environ 0,1 mm.
La partie moletée intérieurement 9 s'étend axialement seulement sur environ 2 mm, dans cette forme de réalisation particulière de l'invention. La plus grande partie de l'alésage axial 10, vers les éléments électriquement conducteurs 1 1 , est donc lisse.
Comme le montre bien la coupe axiale de la Figure 3, la partie lisse intérieurement 12 du collecteur 3 et la partie lisse extérieurement 7 de l'extrémité 4 de l'arbre 2 sont en regard au niveau de la première portion A du collecteur supportant les bagues collectrice 8, quand collecteur 3 et arbre 2 sont assemblés.
Le diamètre interne de l'alésage axial du collecteur 3 est avantageusement sensiblement identique au diamètre externe de l'extrémité 4 de l'axe 2 du rotor, c'est-à-dire d'environ 5,6 mm dans cette forme de réalisation. De la sorte, un guidage est obtenu sans effet sur la forme des bagues collectrices 8.
L'avantage du procédé d'assemblage d'un collecteur 3 sur un arbre 2 selon l'invention, et des collecteur 3 et arbre 2 adaptés, est que, grâce au moletage partiel sur l'arbre 2 et sur un bout C du collecteur 3, un bon maintien du collecteur 3 est assuré sans déformation notable des bagues collectrices 8.
Les bagues collectrices 8 étant moins déformées au cours de l'opération d'assemblage, une machine électrique tournante munie d'un rotor comprenant un collecteur 3 et un arbre 2 assemblés par le procédé selon l'invention verra sa durée de vie augmenter, car les efforts et les vibrations provoquées par une ovalisation des bagues collectrices 8 seront plus faibles et par conséquent l'usure des balais plus réduite.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode d'exécution préférentiel décrit ci-dessus.
Le nombre de bagues collectrices montrées, le nombre de dents des parties moletées indiqué, et les dimensions spécifiées ne sont que des exemples.
L'homme de métier appliquera facilement le procédé d'assemblage d'un collecteur 3 sur l'arbre 2 d'un rotor décrit ci-dessus à des machines électriques tournantes de toutes tailles.
L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la limite de l'objet des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé d'assemblage d'un collecteur (3) sur l'arbre (2) d'un rotor par emmanchement à force sur une partie moletée extérieurement (6) d'une extrémité (4) dudit arbre (2), caractérisé en ce que ledit emmanchement est réalisé de telle sorte que ladite partie moletée extérieurement (6) reste située à l'extérieur d'une première portion (A) dudit collecteur (3) supportant des bagues collectrices (8).
2) Procédé d'assemblage d'un collecteur (3) sur l'arbre (2) d'un rotor selon la revendication 1 précédente, caractérisé en ce qu'une partie moletée intérieurement
(9) dudit collecteur (3) située essentiellement à l'extérieur de ladite première portion (A) est emmanchée à force sur une partie lisse extérieurement (7) de ladite extrémité (4) dudit arbre (2). 3) Collecteur (3) adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 précédentes et du type de ceux réalisés par surmoulage de matière isolante sur des éléments électriquement conducteurs (1 1 ) comprenant des bagues collectrices (8), caractérisé en ce qu'il comporte une partie moletée intérieurement (9) située essentiellement à l'extérieur d'une première portion (A) dudit collecteur (3) supportant lesdites bagues collectrices (8).
4) Collecteur (3) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il présente une partie lisse intérieurement (12) en dehors de ladite partie moletée intérieurement (9). 5) Collecteur (3) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il présente un diamètre intérieur d'environ 5,6 mm, et en ce que ladite partie moletée intérieurement (9) présente 36 dents d'une profondeur d'environ 0,1 mm s'étendant axialement sur environ 2 mm. 6) Arbre (2) d'un rotor adapté à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une extrémité (4) présentant une partie moletée extérieurement (6) apte à coopérer avec une seconde portion (B) d'un collecteur (3) ne supportant pas des bagues collectrices (8) dudit collecteur (3). 7) Arbre (2) d'un rotor selon la revendication 6 précédente, caractérisé en ce que ladite extrémité (4) présente une partie lisse extérieurement (7) en dehors de ladite partie moletée extérieurement (6). 8) Arbre (2) d'un rotor selon la revendication 7 précédente, caractérisé en ce que ladite extrémité (4) présente un diamètre extérieur d'environ 5,6 mm, et en ce que ladite partie moletée extérieurement (6) présente 36 dents d'une hauteur d'environ 0,1 mm s'étendant axialement sur environ 5 mm.
9) Rotor caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur (3) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 précédentes et un arbre (2) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 précédentes.
10) Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comprend un rotor selon la revendication 9 précédente.
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