Brevet FR2513823A1 — publié le 19830401

L'invention concerne une pièce semi-finie perfec- tionnée de collecteur, en particulier les nervures longi- tudinales internes d'un collecteur, qui constituent des éléments assurant la rigidité et/ou l'ancrage du collec- teur, ou bien des éléments à partir desquels les éléments d'ancrage peuvent être formés. Les éléments d'ancrage des lames représentent une partie structurelle importante d'un collecteur de rotor de moteur électrique en ce qui concerne les condi- tions de solidité et de rigidité, ainsi que l'encombrement du collecteur Les éléments d'ancrage doivent maintenir les lames dans leurs positions de départ, même aux vites- ses élevées de rotation, ce qui nécessite, d'une part, de s'opposer à la force centrifuge s'exerçant sur chaque lame et, d'autre part, de s'opposer au couple d'arrachement apparaissant dans la lame lorsque le balai de collecteur rebondit contre l'arête longitudinale de la lame, dans sa direction circonférentielle. Pour satisfaire les conditions indiquées de solidité des lames ou du collecteur, tout en maintenant à un niveau acceptable le coût de fabrication des collec- teurs, diverses solutions ont été proposées dans l'art antérieur, suivant la forme initiale de l'ébauche, c'est- à-dire une bande de cuivre ou un tube. Le brevet britannique N O 1 223 677 décrit l'uti- lisation, comme matière de départ, d'une bande d'épaisseur constante dans laquelle des saillies espacées régulière- ment, de forme rectangulaire, sont réalisées par poinçon- nage le long d'un bord longitudinal, des saillies réguliè- rement espacées, mais de forme épaulée, étant également réalisées par poinçonnage dans le bord opposé Chaque saillie est découpée dans la zone du gradin, transversale- ment à l'orientation de la bande On obtient ainsi des saillies de plus grande longueur qui sont ensuite utili- sées comme bornes, et des saillies plus courtes, dont la longueur est égale à celle des saillies rectangulaires indépendantes formées le long du bord opposé de la bande, les saillies plus courtes étant destinées à servir d'or- ganes d'ancrage. Etant donné qu'une bande d'épaisseur constante est utilisée, il faut prévoir une bande de cuivre d'épais- seur importante pour satisfaire les conditions de soli- dité dans le cas de collecteurs de grand diamètre et de grande longueur et lorsqu'il est en outre question de vitesses de rotation élevées En formant le long d'un bord de la bande des bornes et des organes d'ancrage qui alternent, il apparaît de manière évidente, pour des rai- sons de géométrie, que ces collecteurs ne conviennent que pour un petit nombre de lames, de sorte que leur domaine d'application est limité Les organes d'ancrage sont for- més par pliage des saillies les plus courtes vers l'inté- rieur; par conséquent, les lames sont ancrées par leurs extrémités et c'est la raison pour laquelle, en cours de service, elles sont soumises, dans l'ensemble, à l'ac- tion de la force centrifuge, ce qui les expose au ris- que d'une séparation-de la préparation de moulage. Les rainures d'isolation sont très profondes La réalisa- tion d'une ébauche poinçonnée exige des outils compliqués et, outre le poinçonnage proprement dit, une opération de découpage est effectuée, afin de plier les organes d'an- crage et de mouler la matière plastique isolante Il résulte donc du poinçonnage une quantité importante de déchets qui peut être difficilement négligée Ces points sont considérés comme étant les inconvénients de concep- tion et de technologie essentiels de la solution citée. La demande de brevet allemande N O 1 955 122 décrit également, comme matière de départ, une bande qui est d'abord laminée longitudinalement afin que des ner- vures orientées transversalement et un bord lisse laminé soient réalisés par déformation plastique, un tronçon longitudinal du bord laminé pouvant être, le cas échéant, d'épaisseur réduite Ensuite, ce bord est poinçonné entre les nervures afin que les bornes soient formées, puis la bande est déformée de la manière mentionnée précédemment et coupée à une longueur convenable avant d'être mise sous la forme d'un cylindre Au cours d'une opération, les bor- nes sont pliées vers l'extérieur, puis les nervures inté- rieures sont découpées à partir des deux extrémités dans une direction axiale et les tronçons coupés sont pliés vers l'axe de la pièce On obtient ainsi les organes d'ancrage des lames. Il est apparu que le laminage de la bande exige un outil profilé complexe et coûteux, que la matière n'est pas travaillée uniformément dans les sections longi- tudinale et transversale, qu'il apparaît à l'intérieur de la bande, notamment en association avec ce dernier défaut, des tensions résiduelles tendant à déformer la pièce laminée dans la direction longitudinale Le manque d'uni- formité de la dureté du cuivre dans la direction de la largeur de la lame entraîne une usure non uniforme des balais. Dans le domaine de la fabrication des collec- teurs o on utilise un tube comme ébauche, le principe de base appliqué initialement est analogue à celui décrit avec utilisation de la bande: dans certains cas, on part d'un tube lisse et dans d'autres cas on part de tubes profilés Par ailleurs, des inconvénients analogues à ceux décrits ci-dessus apparaissent. L'invention a pour objet d'améliorer les procé- dés connus de fabrication de collecteurs, et elle a égale- ment pour objet le collecteur ainsi obtenu, de manière à apporter une solution satisfaisante aux problèmes de coût et de réalisation d'un collecteur, ainsi qu'aux aspects technologiques, sans limitation du domaine d'application. A cet effet, on part d'une bande lisse dont les deux bords et, si cela est nécessaire (suivant la longueur du collecteur) la zone longitudinale intermédiaire, sont rendus lisses par laminage, de manière connue, afin que l'épaisseur de ces zones soit réduite, la largeur d'un premier des bords étant supérieure à celle du second bord et, si cela est nécessaire, des saillies régulièrement espacées (constituant ensuite des bornes) pouvant être réalisées par poinçonnage, dès cette étape, dans le pre- mier bord Après que la bande traitée de la manière décrite ci-dessus a été coupée à une longueur convenable, des éléments annulaires cylindriques sont formés. Si l'on utilise, par analogie avec le procédé précédent, comme ébauche, un tube lisse coupé à une lon- gueur correspondante, l'épaisseur du tube à ses extrémités est réduite par repoussage vers l'intérieur de la couche interne de matière, puis par coupe d'ajustage de la pièce afin d'éliminer la matière superflue L'élément tubulaire traité comme ci-dessus et l'élément annulaire décrit pré- cédemment conviennent à l'exécution-de l'opération sui- vante, selon l'invention, de fabrication d'éléments de lames. Les éléments d'ancrage destinés aux futures lames du collecteur sont réalisés dans la couche interne de l'ébauche, tout d'abord par écartement de la matière, analogue à un refoulement, sans coupe, cette opération 2 û é 4 an arnalogue à celle consistant à former un sillow&- l'aide d'un socle, de manière à former des nervures longi- tudinales à deux crêtes entre lesquelles sont définis nettement des espaces intermédiaires présentant des traces visuelles de l'enlèvement de l'outil Dans l'opération suivant la précédente, les crêtes sont aplaties au moyen d'un mandrin d'aplatissage, la partie la plus importante de la masse des crêtes étant ainsi déformée dans une direction tangentielle pour pénétrer dans la zone des espaces intermédiaires Ces derniers sont ainsi partielle- ment bouchés à l'intérieur des collecteurs Ceci consti- tue exactement la caractéristique de réalisation par laquelle est assumée la fonction d'ancrage des nervures, c'est-à-dire les futures lames - Si cela est nécessaire, il est possible, sans autre intervention, de découper les nervures formées de la manière décrite, à partir de leurs deux extrémités, dans une direction axiale et d'une manière connue, et de plier les parties coupées vers l'axe du collecteur. En malaxant partiellement la masse de l'enve- loppe et en l'utilisant pour former les nervures longi- tudinales, on obtient des rainures d'isolation peu pro- fondes ayant des sections avantageuses en ce qui concerne la rigidité des nervures ou éléments d'ancrage, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des outils sophistiqués. Les opérations suivantes de finition du col- lecteur ont lieu de manière connue et il est inutile de les décrire en détail. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure la est une vue partielle en perspec- tive d'un échantillon d'ébauche de bande laminée présen- tant des bords longitudinaux d'épaisseur réduite; la figure lb est une vue partielle en perspec- tive d'un échantillon d'ébauche de bande laminée présen- tant des bords longitudinaux et une zone longitudinale intermédiaire d'épaisseur réduite; la figure îc est une vue partielle en perspec- tive d'un échantillon d'ébauche de tube à paroi lisse; la figure 2 a est une vue en perspective d'une pièce laminée obtenue par coupe à une longueur convenable de l'ébauche de la figure la et présentant un évidement d'orientation; la figure 2 b est une vue en perspective de l'élément de la figure 2 a présentant des bornes; la figure 2 c est une coupe transversale de l'ébauche tubulaire de la figure lc, une fois achevés le refoulement des extrémités et la formation de l'évidement d'orientation; la figure 3 a est une vue en perspective d'une pièce obtenue à partir de celle montrée sur la figure 2 a, après qu'elle a été mise sous la forme d'un cylindre; la figure 3 b est une coupe transversale de la pièce de la figure 2 c, après coupe d'ajustage éliminant la matière superflue; la figure 4 a est une vue en bout de la pièce selon l'invention telle qu'elle se présente après l'opé- ration consistant à écarter la couche intérieure de matière par action analogue à un refoulement, sans coupe; la figure 4 b est une vue en bout de la pièce de la figure 4 a après aplatissement des arêtes des nervu- res à deux arêtes; les figures 5 a et 5 b sont des vues en perspec- tive, avec coupe longitudinale partielle, de deux échan- tillons d'éléments d'ancrage formés de manière connue, par -coupe des nervures formées par le procédé selon l'invention;et la figure 6 est une vue en perspective, avec coupe partielle, d'un collecteur fini calé par une matière plastique isolante moulée, conformément à l'invention. Les figures la à 3 b montrent de manière évidente que des formes d'ébauches et que les opérations techniques effectuées pour leur fabrication sont avantageuses en ce qui concerne le coût et la réalisation Etant donné que la pièce selon l'invention n'apparalt que sur la figure 4 a, il est inutile, pour des raisons pratiques, de décrire en détail les opérations qui précèdent. L'élément de départ pour la réalisation de l'in- vention est une enveloppe cylindrique 1 se présentant dans l'une ou l'autre des formes montrées sur les figures 3 a et 3 b Dans ce cas, l'enveloppe comporte des parties extrêmes la, lb d'épaisseur réduite et une partie intermédiaire lc de plus grande épaisseur Pour effectuer les autres opéra- tions de fabrication, un évidement Id d'orientation est ménagé dans la partie la dont la dimension axiale est supérieure à celle de la partie lb qui lui est opposée, et dans laquelle il est prévu de former des bornes (voir figure 6). La figure 4 a montre l'enveloppe cylindrique 1 après que sa couche interne a été traitée par écartement de la masse, sans coupe, suivant une opération analogue à la réalisation d'un sillon au moyen d'un socle La ligne mixte A indique le profil interne de départ de la partie lc de plus grande épaisseur Cette partie est soumise à une déformation analogue à un refoulement et à la forma- tion d'un sillon par un socle, au cours de laquelle la matière de la couche interne de la partie lc est refoulée à l'écart et déplacée principalement dans une direction radiale en formant des nervures longitudinales 2 présen- tant chacune deux crêtes longitudinales 2 a Après enlève- ment de l'outil de refoulement/déformation, non représenté sur le dessin, mais constitué très simplement d'éléments en forme d'aiguilles disposés en anneaux, il apparaît, entre les nervures 2, des gorges longitudinales 3 dont le fond 3 a s'étend sensiblement plus près de la surface externe de l'enveloppe cylindrique 1 que du profil interne A d'origine Ainsi, on obtient la réduction souhaitée de l'épaisseur de l'anneau de matière qui est ensuite découpé longitudinalement (voir figure 6). La figure 4 a montre également de manière évidente la section de la figure 2 qui est avantageuse en ce qui concerne la solidité On obtient une section sensiblement rectangulaire qui est plus avantageuse, en ce qui concerne la solidité, que la section obtenue avec les procédés connus dans lesquels les nervures sont réalisées par laminage et présentent donc un profil en développante ou analogue. Dans l'étape suivante de fabrication, un manchon cylindrique, qui n'est pas représenté et qui peut écarter les crêtes 2 a, tangentiellement vers un côté ou l'autre des nervures 2, dans la zone des espaces intermédiaires voisins 3, est introduit à force à l'intérieur de l'enve- loppe profilée 1 La figure 4 b montre l'état de la pièce après l'achèvement de cette opération Les crêtes initia- les 2 a sont à présent transformées en crêtes 2 b qui, de par leur forme et leur orientation, constituent des éléments d'ancrage pour les futures lames. Compte tenu de relations géométriques ou dyna- miques données, la pièce peut en outre être traitée de manière connue afin que les nervures 2 soient coupées longitudinalement et que des pattes 3 ' d'ancrage soient formées, comme montré sur les figures 5 a et 5 b, soit pendant l'étape de fabrication montrée sur la figure 4 a, soit après l'étape de fabrication montrée sur la figure 4 b. Ensuite, le collecteur est calé avec une matière plastique isolante moulée, la partie extrême la qui n'est pas calée par la matière plastique étant sciée pour for- mer des bornes 4 et l'enveloppe 1 étant sciée longitudi- nalement pour former des lames 5 séparées les unes des autres par des rainures 6 La figure 6 montre le collec- teur ainsi obtenu. e REVEND ICAT IONS 1 Pièce semi-finie de collecteur, comportant notamment les nervures longitudinales intérieures de ce dernier qui constituent des éléments assurant la rigi- dité et/ou l'ancrage des lames du collecteur, ou bien des éléments à partir desquels les éléments d'ancrage peuvent être formés, caractérisée en ce que les bords longitudinaux (la, lb) d'une bande lisse et, si cela est nécessaire, suivant la longueur du collecteur, une zone intermédiaire de cette bande, sont laminés de façon lisse et connue afin que l'épaisseur de ces zones soit réduite, la largeur d'un premier bord étant supérieure à celle du second bord et, si cela est nécessaire, des saillies régulièrement espacées, devant constituer les futures bor- nes ( 4), peuvent être formées dans ce premier bord par poinçonnage dèscette opération, la bande ainsi traitée étant ensuite coupée à une longueur convenable, des élé- ments annulaires cylindriques ( 1) étant formés par écarte- ment de matière, sans coupe, analogue à un refoulement et à la formation d'un sillon à l'aide d'un socle, opération au cours de laquelle des nervures longitudinales ( 2) sont formées dans la couche intérieure de la partie intermé- diaire (lc) de l'élément annulaire cylindrique ( 1) par déplacement de matière principalement dans des directions radiales, chaque nervure présentant deux crêtes longitudi- nales ( 2 a). 2 Pièce semi-finie de collecteur selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que des pattes d'ancrage ( 3 ') sont formées à partir des nervures longitudinales ( 2) ainsi réalisées, au cours d'une opération connue en soi, suivant laquelle les nervures ( 2) sont coupées longitudi- nalement et les parties d'ancrage sont pliées vers l'axe du collecteur. 3 Pièce semi-finie de collecteur selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que les crêtes longitudina- les ( 2 a) des nervures ( 2) des futures lames ( 5) du collec- teur sont aplaties par déplacement de la matière des crêtes par refoulement, vers la gauche et vers la droite, dans une direction tangentielle à chaque nervure ( 2), afin que la matière pénètre dans la zone formée par des espaces intermédiaires longitudinaux ( 3) résultant de la forma- tion des nervures ( 2). 4 Pièce semi-finie de collecteur selon la reven- dication 3, caractérisée en ce que les pattes d'ancrage ( 3 ') sont formées de nervures longitudinales ( 2) réalisées comme décrit ci-dessus, par une opération connue en soi au cours de laquelle les nervures ( 2) sont coupées longitudi- nalement et les parties d'ancrage sont pliées vers l'axe du collecteur. Pièce semi-finie de collecteur selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, -caractérisée en ce que la matière est écartée par refoulement afin que les ner- vures soient formées avant l'étape consistant à former la pièce cylindrique.