Brevet FR2384369A1 — publié le 19781013

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de collecteur de machine électrique ainsi que le collecteur obtenu par ce procédé, Un collecteur de machine électrique, telle que moteur à courant continu ou dynamo comprend une pluralité de lames conductrices séparées les unes des autres et réparties sur la surface périphérique externe cylindrique du collecteur. Les procédés de fabrication de collecteurs actuellement utilisés sont généralement relativement longs, coûteux, et nécessitent un grand nombre d'opérations. La difficulté essentielle reside dans le fait que les différentes lames du collecteur doivent à la fois être bien isolées les unes des autres et rester proches les unes des autres. Selon un premier mode connu de fabrication de collecteurs de machines électriques, on part d'une pièce conductrice massive dans laquelle les différentes lames du collecteur sont realisées par enlèvement du métal. Pour faciliter la découpe des lames et assurer un isolement correct entre elles, on augmente la quantité de métal conducteur enlevé entre chaque lame, mais ceci est néfaste à l'obtention d'une bonne commutation. Par ailleurs, le taillage individuel des lames nécessite un .grand nombre d'opérations d'usinage. Selon un autre mode connu de fabrication de collecteurs de machines électriques, on usine d'abord individuellement les différentes lames collectrices, puis on assemble cellesci en les séparant à l'aide de lames de mica, avant de mouler le tout pour former un seul bloc dans une matière thermodurcissable. La mise en place des lames de mica entre les diverses lames collectrices et le maintien de celles-ci pendant l'opération de moulage posent toutefois des problèmes complexes et nécessitent un outillage important. On -a encore proposé de répartir les différentes lames préalablement usinées, à l'intérieur d'un manchon amovible dans lequel elles sont encastrées, puis après introduction du manchon dans un moule, d'injecter une matière thermo-durcissable ou thermoplastique à l'intérieur du manchon pour constituer un noyau isolant dans lequel s'ancrent les lames collectrices. Un tel procédé ne permet toutefois pas de réaliser de très faibles espacements entre les diverse lames collectrices et i; faut veiller, lors de la mise en place des lames, qui sont préalablement usinées, à l'intérieur du manchon, à ce que les lames, non entourées d'iso- lant, ne soient pas accidentellement en contact les unes avec les autres. Par ailleurs, un tel procédé n'élimine pas le taillage individuel des lames. La présente invention-a pour but de remédier aux inconvénients précités et de permettre la fabrication de manière simple d'un collecteur de bonne qualité et peu coûteux. La présente invention a notamment pour but de permettre la suppression du taillage individuel des lames, de diminuer ainsi le nombre d'opérations d'usinage et d'utiliser des matériaux de base fabriqués en grande quantité, donc peu comateux. La présente invention vise encore à permettre la fabrication d'un collecteur fiable dans lequel l'écartement entre les lames peut être très réduit bien qu'une isolation mutuelle parfaite soit garantie. Ces buts sont atteints grâce à un procédé qui, con formément à l'invention comprend les opérations remarquables suivantes a) préparation,en nombre égal au nombre de lames conductrices du collecteur à fabriquer, d'une pluralité d'éléments de base constitués par une âme conductrice de l'électricité de forme allongée et recouverte d'une couche isolante, et de deux prolongements de section plus réduite que l'âme conductriee et situés respectivement à chacune des extrémités de cette dernière; b) préparation de deux disques en matière électriquement isolante et munis chacun d'alésages en nombre égal au nombre de lames conductrices du collecteur à fabriquer, les alésages étant répartis au voisinage de la périphérie des disques et prévus pour recevoir chacun un prolongement desdits éléments de base; c) assemblage des éléments de base et des disques, chaque élément de base étant interposé entre les deux disques et en prise avec ceux-ci par l'intermédiaire de ses deux prolongements engagés dans des alésages correspondants des disques, et les deux disques étant parallèles et coaxiaux; d? moulasse de ltensemble des éléments de base et des disques à l'aide d'une résine isolante et e) usage cylindrique de la surface externe de 1'ensemble moule jusqu'à apparition sur ladite surface externe des âmes des éléments de base qui constituent les lames conductrices du collecteur. Les alésages de chaque disque sont avantageusement régulièrement répartis sur un cercle situé au voisinage de la périphérie du disque. Les sections des éléments de base peuvent présenter des formes variees. Toutefois, les éléments de base sont avantageusement de section circulaire et les prolongements des éléments de base de forme cylindrique. Les éléments de base peuvent être obtenus à partir de tronçons de fil métallique recouvert d'une gaine isolante, tel que du fil de cuivre émaillé utilisé pour les bobinages des machines électriques, les prolongements des divers éléments de base étant simplement formés par enlèvement de matière aux extrémités de chaque tronçon, par exemple par décolletage. La présente invention a encore pour objet un collecteur fabriqué notamment par le procédé précité, et notamment un collecteur de machine électrique remarquable en ce qu'il-comprend notamment un disque en matériau isolant à chacune des ses extrémités latérales, des lames conductrices régulièrement réparties sur la surface externe du collecteur, qui présentent à chacune de leurs extrémités un prolongement qui est engagé dans l'un des disques d'extrémité, au moins une lame sur deux étant entourée, sauf sur sa portion de surface visible formant une partie de la surface cylindrique externe du collecteur, par une mince gaine isolante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui fait suite de modes particuliers de réalisation du procédé et du produit obtenu par le procédé, donnés uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure I est une vue en élévation, avec coupe axiale partielle, d'un élément de base pour la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 2 est une vue de force d'un disque utilisable dans le cadre de l' > nvention; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un ensemble d'éléments de base et de disques assemblés, avant moulage;; - la figure 4 est une vue en coupe axiale de. l'ensemble de la figure 3 incorporé dans un moule - la figure 5 est une vue en coupe axiale du collecteur terminé de la figure 6 - la figure 6 est une vue en élévation d'un collecteur obtenu conformément à l'invention; et - la figure 7 représente, en élévation, une application de l'invention à un rotor sans fer de type "cloche". La figure 1 représente, avant montage, un élément de base 1 à partir duquel est réalisée une lame conductrice de collecteur. L'élément 1 comprend un corps allongé la muni à chacune de ses extrémités d'un prolongement 2 de section réduite par rapport à celle du corps la. Le corps la est constitué d'une âme 3 conductrice de l'électricité recouverte d'une couche isolante 4. Les sections du corps la et des prolongements 2 peuvent présenter des formes variées sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Toutefois, un élément de base 1 est avantageusement réalisé à partir d'un tronçon de fil électrique isolé, tel que du fil de cuivre émaillé habituellement utilisé dans les bobinages de machines électriques. Dans ce cas, le corps la présente une section circulaire de diamètre adapté aux dimensions finales des lames de collecteur, et les prolongements 2 peuvent être réalisés facilement par enlèvement de matière aux extrémités d'un tronçon de fil. Les prolongements 2 de section réduite peuvent être facilement obtenus dans le cadre d'une production en série, par exemple par décolletage sur machine automatique. Ainsi,conformément à l'invention, les lames conductrices du collecteur sont réalisées à partir de matériaux fabri quels en grande série, tels que des fils électriques isolés de diametre approprié, et à peu de frais puisque les seules opérations à effectuer (décolletage et découpe en tronçons) sont simples et facilement automatisées. Toutefois, les prolongements 2 peuvent naturellement ne pas être cylindriques et/ou réalisés au centre des faces latérales du corps la Les pr410ngements 2 peuvent également être rapportés sur l'ame 3 bien que ceci constitue un mode de réalisation plutt moins avantageux. Le corps la peut ne pas être de section circulaire, mais doit évidemment présenter une section suffisante qui inclut la section d'une lame collectrice finale. La figure 2 représente un disque isolant 5 prévu pour servir de support aux éléments de base 1. Un disque 5 comporte des alésages 6 également répartis à la périphérie du disque 5 et prévus pour recevoir chacun un prolongement 2 d'un élément de base. Les alésages 6 sont cylindriques dans le cas représenté sur les figures, de manière à correspondre aux prolongements cylindriques 2. Les alésages 6 d'un disque 5 sont en nombre égal au nombre de lames du collecteur à réaliser et peuvent être répartis sur un cercle centré sur le centre du disque. Chaque disque 5 comprend en outre un alésage central 7. Des éléments de base tels que l'élément 1 de la figure 1, en nombre égal au nombre de lames collectrices prévu pour le collecteur à réaliser, sont assemblés avec deux disques isolants 5 de la manière représentée sur- la figure 3. Les éléments de base 1 sont engagés par leurs prolongements 2 dans des alésages 6 de chacun des disques lateraux 5 et sont ainsi maintenus exactement en position au voisinage de la périphérie de chacun des disques 5, constituant une sorte de "cage d'écureuil" (avec toutefois des disques S en matériau isolant) I1 est à noter que deux éléments de base 1 voisins dans l'ensemble représenté sur la figure 3 peuvent fort bien être en contact l'un avec l'autre, puisque de toute manière les âmes 3 sont isolées par les couches isolantes 4. La figure 4 représente l'ensemble en forme de "cage" de la figure 3 incorporé dans un moule 8, 9, 10. Le moule comprend un corps 8 comportant une cavité centrale 8a,et un couvercle 9 muni d'un noyau 10 qui vient s'engager en tant que mandrin dans les alésages centraux 7 des disques 5 lorsque l'ensemble de la figure 3 est disposé dans la cavité 8a du corps de moule 8. Le noyau 10 réalise ainsi le centrage du collecteur. Si les deux disques 5 ont leurs différents alésages 6 ui se superposent, les éléments de base 1 restent rigoureusement paralldJes à l'axe de l'ensemble destiné à former le collecteur. Il est toutefois également possible de faire subir à l'un des disques 5 une rotation d'un angle prédéterminé par rapport à l'autre disque. On obtient ainsi, à la fin du processus de fabrication, un collecteur de type nhelicoIdal", c'est-a-dire avec des lames collectrices légèrement inclinées par rapport à l'axe du collecteur. Lorsque l'ensemble formant cage de la figure 3 a été correctement disposé dans le moule 8, 9, 10, conformément à la figure 4, on réalise une opération de moulage à l'aide d'une résine ou autre matière thermoplastique ou thermodurcissable. La matière d'enrobage est introduite dans l'espace compris entre les disques 5 et les éléments 1 et vient également s'insérer dans les espacements laissés libres entre les divers éléments de base 1. Après l'opération de moulage, il est réalisé une opération unique d'usinage cylindrique de la surface externe de l'ensemble moulé jusqu'à apparition des âmes 3 des éléments de base 1 qui constituent les lames de collecteur. Après usinage, on obtient un collecteur 14 tel que celui représenté sur les figures 5 et 6. Le collecteur 14 présente un passage central 17 sans matière isolante 13 et correspondant aux alésages 7 des disques 5, laissé libre lors de l'opération de moulage grâce au noyau 10. Les alésages 7 et le passage 17 permettant ultérieurement un montage aisé du collecteur 14 sur l'axe de la machine à laquelle il sera associé. I1 est avantageux de ne réaliser l'usinage cylindrique de la surface externe de l'ensemble moulé que sur une portion 11 seulement de la longueur du collecteur 14, l'usinage étant interrompu à une faible distance d de l'un des disques 5. La partie 12 non usinée des différents éléments 1 sert à réaliser la mise au collecteur du bobinage de la machine à laquelle est associé le collecteur 14. Il peut être commode, lorsque l'usinage cylindrique de la surface externe de l'ensemble moulé est effectué sur au moins une partie de l'intervalle compris entre es deux disques 5, de poursuivre l'usinage 11 jusqu'au niveau d'au mains l'un des disques 5 et d'interrompre 'opération d'usinage lorsque la matière enlevée fait apparaître au niveau dudit disque, les prolongements 2 des éléments de base 1 qui ont été engagés dans les alésages 6 du disque 5. On distingue sur la figure 6 que, lorsque l'usinage il a été effectué, deux lames collectrices 3a voisines constituées par des portions d'âme 3 d'éléments de base 1 sont séparées par deux couches d'isolant 4 qui enserrent en sandwich une épaisseur de résine 13. I1 est à noter que même si, au cours du montage, les corps la des éléments de base 1 viennent se toucher, après usinage 11, l'isolement des lames 3a est toujours parfait du fait de la présence de l'isolant 4. L'épaisseur de l'isolant 4 peut être très faible, de sorte que la distance entre lames 3a, qui peut n'être constituée que par l'épaisseur de l'isolant 4, peut être la plus faible possible permettant ainsi une excellente commutation sans qu'il n'y ait aucun risque de contact entre lames voisines. Ainsi, un procédé comportant les étapes précitées de préparation d'éléments de base 1, de préparation de deux disques 5, d'assemblage d'éléments de base l-et de disques 5, de moulage de l'ensemble assemblé et d'usinage final de l'ensemble moulé, peut conduirede manière simple, rapide et peu conteuse à un collecteur de très bonne qualité. De nombreuses variantes peuvent être envisagées. Ainsi, il est possible d'utiliser dans l'assemblage de la figure 3, à la fois des éléments de base avec gaine isolante 4 conformes à la description faite précédemment et des éléments de base similaires aux éléments de base 1, mais ne présentant pas de gaine isolante 4. Un élément sans gaine isolante serait à chaque fois interposé entre deux éléments avec gaine, lors du montage avec les disques 5, de sorte que dans le produit final deux lames collectrices 3a voisines ne seraient séparées que par une couche unique d'isolant 4 et éVentuellement une mince épaisseur de résine 13. La.présente invention concerne d'une manière générale le produit, tel que le collecteur 14 des figures 5 et 6, présentant la structure précédemment définie en référence aux figures 5 et 6. La figure 7 représente une applicrtion de l'invention à un rotor sans fer de type "cloche" 15. Dans ce cas, le collecteur 14 comprend un premier disque 5 en tous points analogue au disque 5 de la figure 2, et un deuxième disque 16 qui a une partie centrale située en regard du premier disque 5 en tous points identique au disque 5 de la figure 2, mais présente en outre une portion périphérique 5a supplémentaire de manière à constituer simultanément un flasque du rotor 15 associé. Ainsi, le flasque 16 est commun au rotor et au collecteur, de sorte qu'il suffit, après assemblage des éléments de base 1 avec un disque 5 et un disque de rotor 16, de réaliser une seule opération de moulage pour obtenir un rotor 15 complet avec son collecteur 14. Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions peuvent être apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de protection de l'invention. R E y E N D I C A T I Q N S 1. Procedé de gabrication d'un collecteur de machine électrique comprenant à sa periphérie une pluralité de lames conductrices séparées les unes des autres, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes a) préparation, en nombre égal au nombre de lames conductrices du collecteur à fabriquer, d'une pluralité d'éléments de base constitués par une âme conductrice de l'électricité de forme allongée et recouverte d'une couche isolante, et de deux pro logements de section plus réduite que l'âme conductrice et situés respectivement à chacune des extrémités de cette dernière; b) préparation de deux disques en matière électriquement isolante et munis chacun d'alésages en nombre égal au nombre de lames conductrices du collecteur à fabriquer, les alésages étant répartis au voisinage de la périphérie des disques et prévus pour recevoir chacun un prolongement desdits éléments de base; c) assemblage des éléments de base et des disques, chaque élément de base étant interposé entre les deux disques et en prise avec ceux-ci par l'intermédiaire de ses deux prolongements engagés dans des alésages correspondants des disques, et les deux dis ques étant parallèles et coaxiaux; di moulage de l'ensemble des éléments de base et des disques à l'aide d'une résine isolante; et e) uslriage cylindrique de la surface externe de l'ensemble moulé jusqu'à apparition sur ladite surface externe des âmes des éléments de base qui constituent les lames conductrices du collecteur. 2. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les alésages de chaque disque sont régulièrement répartis sur un cercle situé au voisinage de la périphérie du disque. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de brise sont de section circulaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les prolongements des éléments de base sont de forme cylindrique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à A, caractérisé en ce que les éléments de base sont constitués à partir de tronçons de fil métallique recouvert d'une gaine isolante et en ce que les prolongements de chaque élément de base sont formés par enlèvement de matière aux extrémités de chaque tronçon, par exemple par décolletage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments de base sont constitués à partir. de tronçons de fils de cuivre émaillé du type utilisé dans les bobinages des machines électriques. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que chaque disque est pourvu d'un alésage central et en ce qu'un mandrin présentant une longueur au moins égale à celle du collecteur à fabriquer est introduit dans lesdits alésages centraux des disques pendant l'opération de moulage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'entre l'opération d'assemblage et l1opération de moulage, il comprend en outre l'opération consistant à faire subir à l'un des disques une rotation d'un angle prédéterminé par rapport à l'autre disque. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'usinage cylindrique de la. surface externe de l'ensemble moulé n'est effectué que sur une fraction seulement de la longueur du collecteur et est interrompu à une faible distance de l'un des disques. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'usinage cylindrique de la surface externe de l'ensemble moulé, effectué sur au moins une partie de l'intervalle compris entre les deux disques, s'étend jusqu'à au moins l'un des disques et est interrompu lorsque la matière enlevée fait apparaître au niveau dudit disque les prolongements des éléments de base qui ont été engagés dans les alésages dudit disque. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'un des disques est commun au collecteur à fabriquer et au rotor auquel est associé le collecteur et en ce que l'opération de moulage du collecteur est réalisée de-façon simultanée aYeC ;1e moulage du rotor. 12. Collecteur de machine électrique, caractérisé en ce qu'il est obtenu par un procédé coforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11, 13. Collecteur de machine électrique obtenu notamment selon le procédé défini dans la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un disque en matériau isolant à chacune de ses extrémités latérales,des lames conductrices régulièrement réparties sur la surface externe du collecteur qui présentent à chacune de leurs extrémités un prolongement qui est engagé dans l'un des disques d'extrémité, et en ce qulau moins une lame conductrice sur deux est entourée, sauf sur sa portion de surface visible formant une partie de la surface cylindrique externe du collecteur, par une mince gaine isolante.