Brevet FR2606870A1 — publié le 19880520

PROCEDE DE MESURE D'UN ENTREFER DANS UNE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE La présente invention concerne un procédé de me- sure d'un entrefer dans une machine électrique tournante telle qu'un alternateur prévu pour l'utilisation dans des véhicules. De façon générale, on trouve parmi les machines électriques tournantes telles qu'un alternateur prévu pour l'utilisation dans des véhicules, par exemple des automobi- les, des machines qui comprennent un circuit magnétique de rotor solidaire d'un arbre tournant, et un circuit magnéti- que de stator de type ouvert qui présente une périphérie extérieureà nu et qui est monté en position coaxiale avec le circuit magnétique de rotor, autour de la périphérie extérieure de ce dernier, comme décrit par exemple dans les brevets US 4 488 070 et 4 419 597, et un entrefer d'une largeur appropriée est formé entre la périphérie intérieure du circuit magnétique de stator et la périphérie extérieure du circuit magnétique de rotor, pour éviter le contact en- tre le circuit magnétique de rotor et le circuit magnétique de stator pendant que le premier d'entre eux tourne. Il est préférable de donner à la largeur de l'entrefer une valeur aussi faible que possible, pour obtenir une machine élec- trique tournante ayant une puissance de sortie élevée. Ce- pendant, lorsqu'on tente de réduire l'entrefer dans le but d'augmenter la puissance de sortie de la machine, on constate qu'on ne peut pas le réduire considérablement, à cause d'écarts qui apparaissent au moment de l'assemblage du cir- cuit magnétique de stator et du circuit magnétique de rotor, ou de tolérances dimensionnelles, ou de la déformation du circuit magnétique de rotor qui se produit sous l'effet de la rotation à vitesse élevée. On n'a pas effectué jusqu'à pré- sent des mesures d'entrefer pour chaque machine ou alterna- teur, ce qui fait que la précision de la mesure est mauvaise. On a habituellement adopté la pratique qui-consiste à fixer une taille d'entrefer qui assure un dégagement suffisant compte tenu d'une tolérance dimensionnelle suffisamment grande pour être applicable à toutes les machines fabriquées en grande série, et on a déterminé cette tolérance en prenant en considération l'écart précité dans chaque machine. Il en résulte qu'on ne peut fixer des entrefers qu'à une valeur excessivement grande, du fait qu'une réduction de l'entrefer pourrait affecter la fiabilité des machines produites, car sans cette précaution le circuit magnétique de rotor pourrait venir en contact avec le circuit magnétique de stator, sous l'effet d'une déviation, d'une déformation, etc. Les besoins portant sur des machines tournantes à puissance de sortie élevée, en particulier des alternateurs, ne sont pas correc- tement satisfaits, et des améliorations sont souhaitables. Un but de l'invention est d'éliminer les défauts de l'art antérieur indiqués ci-dessus, et de procurer un procédé de mesure d'un entrefer dans une machine électrique tournante, qu'on puisse mettre en oeuvre avec une fiabilité élevée. A la suite de recherches approfondies, on a trouvé qu'on pouvait atteindre le but précité en mesurant l'épais- seur du circuit magnétique de stator après bobinage du fil d'enroulement et imprégnation, en mesurant le diamètre exté- rieur du circuit magnétique de stator après assemblage, et en calculant la différence entre les résultats. L'invention procure ainsi un procédé de mesure d'un entrefer dans une machine électrique tournante comprenant un circuit magnétique de rotor solidaire d'un arbre tournant et un circuit magnéti- que de stator monté en position coaxiale par rapport au cir- cuit magnétique de rotor, autour de la périphérie extérieure de ce dernier, et ce procédé comprend les opérations suivan- tes: on mesure la largeur du circuit magnétique de stator dans la direction radiale avant d'assembler le circuit ma- gnétique de stator et le circuit magnétique de rotor, on me- sure également la position de la périphérie extérieure du circuit magnétique de stator par rapport à l'axe du circuit magnétique de rotor, après l'assemblage, on calcule la posi- tion de la périphérie intérieure du circuit magnétique de stator par rapport à l'axe du circuit magnétique de rotor, sur la base de la différence entre le résultat de la mesure de la largeur du circuit magnétique de stator dans la direc- tion radiale, mesurée avant l'assemblage, et le résultat de la mesure de la position de la périphérie extérieure du cir- cuit magnétique de stator, par rapport à l'axe du circuit magnétique de rotor, après l'assemblage, et on calcule en outre la différence entre la position de la périphérie inté- rieure du circuit magnétique de stator et la position de la périphérie extérieure du circuit magnétique de rotor, sur la base des résultats des mesures, la différence ainsi obtenue étant définie comme étant un entrefer entre le circuit ma- gnétique de stator et le circuit magnétique de rotor. Avec cette structure, l'invention facilite la me- sure d'un entrefer dans une machine électrique tournante, avec une précision élevée, et elle est donc capable de con- tribuer notablement à l'obtention d'une puissance de sortie élevée pour une machine électrique tournante. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue en élévation de côté, par- tiellement en coupe, d'un alternateur pour véhicules; La figure 2 est une coupe schématique dans la di- rection radiale d'une partie d'un circuit magnétique de ro- tor, destinée à illustrer l'opération de mesure de la lar- geur d'un circuit magnétique de stator dans la direction radiale; La figure 3 est une coupe schématique selon l'axe de l'alternateur, destinée à illustrer l'opération de mesure de la position de la périphérie extérieure du circuit ma- gnétique de stator; La figure 4 est une coupe schématique selon l'axe du circuit magnétique de stator, destinée à illustrer l'opération de mesure d'un entrefer entre le circuit magné- tique de stator et le circuit magnétique de rotor; et La figure 5 est un organigramme montrant la séquence des opérations de mesure de l'entrefer entre le circuit magnétique de stator et le circuit magnétique de rotor. Dans les dessins annexés, la référence 1 désigne un alternateur prévu pour l'utilisation dans des véhicules. L'alternateur 1 comprend divers éléments tels qu'un arbre de rotor 2, un circuit magnétique de rotor 3, du type à griffes, fixé sur l'arbre de rotor 2, par exemple par em- manchement, un mandrin d'enroulement 4 incorporé dans le circuit magnétique de rotor 3, un enroulement de rotor 5 bobiné autour du mandrin d'enroulement 4, un circuit magné- tique de stator 6, un enroulement de stator 6' bobiné au- tour du circuit magnétique de stator 6, un porte-balais 7, un ensemble de balais 8 suppportés par exemple par des res- sorts au moyen du porte-balais 7, un ensemble de bagues de contact 9 en contact glissant avec les balais 8, un redres- seur 10 qui redresse le courant alternatif qui est produit, etc. Cette structure peut être fondamentalement identique à celle d'alternateurs classiques, comme ceux qui sont décrits par exemple dans les brevets US 4 488 070 et 4 419 597. L'alternateur 1 comprend habituellement des car- ters, à savoir un flasque avant 11 et un flasque de carter 12, qui sont fixés ensemble au moyen d'une vis traversante 13 qui est vissée dans ces flasques de manière que le cir- cuit magnétique de stator soit intercalé entre eux. L'al- ternateur 1 est un alternateur du type ouvert dans lequel la périphérie extérieure du circuit magnétique de stator est à nu. L'arbre de rotor 2 est supporté de façon tournante par des paliers 14 et 15 qui sont montés dans les flasques l et 12. Dans le procédé de l'invention, on mesure un en- trefer L entre la périphérie extérieure du circuit magnéti- que de rotor 3 qui est fixé à l'arbre de rotor 2, et la pé- riphérie intérieure du circuit magnétique de stator 6. Dans ce but, on effectue les mesures nécessaires sur le circuit magnétique de stator 6 à un stade antérieur à l'assemblage de l'alternateur 1. De façon générale, le corps principal du circuit magnétique de stator 6 est cons- titué par un nombre prédéterminé de plaques poinçonnées d'un métal ou d'un alliage couramment utilisé dans la tech- nique, empilées les unes sur les autres ou-combinées mu- tuellement d'une manière quelconque. En outre, on bobine autour du stator l'enroulement de stator 6' et l'équipement du circuit magnétique de stator est terminé après l'accom- plissement de traitements nécessaires tels que l'imprégna- tion pour former un revêtement isolant. On mesure la largeur dans la direction radiale de chaque dent 6a du circuit ma- gnétique de stator 6 ainsi équipé. Pou. cette mesure, on dispose face aux pièces à mesurer une paire d'appareils de mesure 16 et 17, tels que des capteurs à courants de Foucault comprenant une paire d'éléments en matière magnéti- que 16a et 17a, et ces capteurs permettent de mesurer la distance entre la pièce à mesurer, c'est-à-dire le circuit magnétique de stator 6, et les éléments en matière magnéti- que 16a ou 17a, sur la base des pertes par courants de Foucault dont la valeur dépend de la distance par rapport aux éléments en matière magnétique. Si on désigne par Z la distance entre les appareils de mesure 16 et 17 (qui est une distance donnée et qui est donc connue), et si on dési- gne en outre par x la distance de l'appareil de mesure ex- térieur 16 par rapport à la périphérie extérieure du cir- cuit magnétique de stator 6, et par y la distance de 1' appareil de mesure intérieur 17 par rapport à la pé- riphérie intérieure de la dent 6a du circuit magnétique de stator 6, x et y correspondant aux résultats des mesures, la largeur A de la dent 6a est donnée par la relation sui- vante: A = Z - (x + y) (voir la figure 2), et la valeur de la largeur A de chaque dent 6a dans la direction radiale est émise en tant que données de mesure vers une partie de comparaison de données et d'évaluation de l'appareil de mesure. D'autre part, après avoir assemblé l'alternateur 1 on le supporte de façon fixe au moyen d'une monture de fabrication (non représentée), de façon que la position à laquelle la monture supporte l'alternateur se trouve au centre l'arbre de rotor 2. Dans ce cas, le flasque de carter 12 comporte une ouverture 12a dans la partie qui correspond à l'arbre de rotor 2 ou qui fait face à ce dernier, de façon qu'on puisse voir l'extrémité de l'arbre de rotor 2. De plus, une cavité conique 2a est formée à chaque extrémité de l'arbre de rotor 2, en alignement avec l'axe de cet arbre, et l'alternateur 1 est supporté au niveau des cavités coni- ques 2a en utilisant une monture de fabrication (non repré- sentée). On mesure la position de la partie à nu du circuit magnétique de stator 6, par rapport à l'axe de l'arbre de rotor, en utilisant un appareil de mesure 19 qui peut être un capteur à courants de Foucault similaire à celui décrit ci-dessus, qui est utilisé pour la mesure de la largeur du circuit magnétique de stator. 6. L'appareil de mesure 19 est placé dans une position située à une distance Y du centre O de l'arbre de rotor 2, et on mesure la distance b entre la périphérie extérieure du circuit magnétique de stator 6 et le bout du capteur de l'appareil de mesure 19. Sur la base des résultats des mesures, on calcule la distance B du cen- tre O de l'arbre de rotor 2, par rapport à la périphérie extérieure du circuit magnétique de stator 6, dans l'état dans lequel le circuit magnétique de stator 6 est réellement monté en position, conformément à l'équation ci-après: B = Y - b Dans le cas qui précède, la mesure de la largeur du circuit magnétique de stator 6 dans la direction radiale avant l'assemblage, et la mesure de la position de la péri- phérie extérieure du circuit magnétique de stator 6 après l'assemblage doivent évidemment être effectuées à la même position du circuit magnétique de stator 6. On réalise l'alignement des positions du circuit magnétique de stator 6 pour la mesure en sélectionnant par exemple comme point de départ pour les deux mesures une ouverture 6b (voir la figu- re 2), pour le positionnement de la périphérie extérieure, et cette ouvelture est formée dans le circuit magnétique de stator 6 de façon à correspondre à une partie finale du fil d'enroulement qui est bobiné autour. Dans la partie périphé- rique du circuit magnétique de stator 6 qui est à nu, il existe des emplacements auxquels la vis traversante 13 et une partie du flasque sont superposés, et il est impossible de mesurer la position de la périphérie extérieure du cir- cuit magnétique de stator qui correspond à la partie en su- perposition, et l'invention n'est donc pas applicable à une telle partie. Apres calcul de la largeur A du circuit magnétique de stator 6 dans la direction radiale et de la distance B de la périphérie extérieure du circuit magnétique de stator, la différence entre elles indique le diamètre intérieur réel d du circuit magnétique de stator 6 dans un état dans lequel l'alternateur 1 a été assemblé (figure 4), et on calcule cette valeur par la relation suivante: d = B - A D'autre part, on a mesuré préalablement le diamè- tre extérieur du circuit magnétique de rotor 3, à l'aide de moyens de mesure tels qu'un calibre-mâchoires ou un instru- ment analogue. Si on désigne par C le diamètre du circuit magnétique de rotor 3, l'entrefer L entre la périphérie in- térieure du circuit magnétique de stator 6-et la périphérie extérieure du circuit magnétique de rotor 3 est donné par la relation suivante: L = d (C/2) On peut contrôler la qualité de produits sur la base de l'entrefer L ainsi calculé.. Comme indiqué ci-dessus, l'invention permet de déterminer de façon continue, aisée et exacte l'entrefer L entre le circuit magnétique de stator 6 et le circuit ma- gnétique de rotor 3, c'est-à-dire l'espace entre la péri- phérie intérieure du circuit magnétique de stator et la pé- riphérie extérieure du circuit magnétique de rotor. Il en résulte qu'il n'est plus nécessaire de fixer l'entrefer à une valeur suffisamment grande qui est déterminée en pre- nant en considération des écarts qui apparaissent à l'as- semblage pour toutes les machines fabriquées en grande série, comme c'est le cas avec le procédé classique dans lequel on n'effectue pas spécialement une mesure d'entre- fer, et on peut donc contrôler la qualité des machines sur la base de la valeur d'entrefer L réellement mesurée pour chaque alternateur. Par conséquent, lorsqu'on fixe la va- leur de l'entrefer L à une valeur faible nécessaire pour que les machines produisent une puissance de sortie élevée (par exemple une valeur inférieure à la valeur classique qui est d'environ 0,5 mm), le contrôle de qualité exigé pour les machines peut être effectué de façon aisée et fiable, ce qui permet de fabriquer l'alternateur 1 avec une précision et une fiabilité élevées, et avec une valeur d'entrefer L très bien définie. Dans la structure ci-dessus, il est impossible de mesurer la position de la périphérie intérieure du cir- cuit magnétique de stator aux emplacements auxquels la vis traversante et le flasque se superposent, ce qui fait que la mesure continue décrite ci-dessus est partiellement in- terrompue à de tels emplacements de recouvrement ou de su- perposition. La partie dans laquelle la mesure est impos- sible est cependant relativement limitée en comparaison avec l'ensemble du circuit magnétique de stator, et il n'apparaît donc pratiquement aucun problème. L'invention n'est évidemment pas limitée à l'exem- ple ci-dessus, et on peut utiliser pour la mesure de la lar- geur du circuit magnétique de stator dans la direction ra- diale, et de la position de la périphérie extérieure du cir- cuit magnétique de stator, des moyens de mesure connus tels que des moyens utilisant la lumière, etc, au lieu d'employer des capteurs à courants de Foucault. En outre, il est inuti- le de mesurer toutes les dents, et on peut effectuer la me- sure à des intervalles appropriés, par exemple en mesurant une dent sur deux. L'invention permet donc de fabriquer en grande série et de façon économique des machines électriques tournantes de hautes performances. Il va de soi que de nombreuses autres modifica- tions peuvent être apportées au procédé décrit et représen- té, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un entrefer dans une machine électrique tournante (1) comprenant un circuit magnétique de rotor (3) solidaire d'un arbre tournant de rotor (2) et un circuit magnétique de stator (6) placé en position coaxiale par rapport au circuit magnétique de rotor (3), autour de la périphérie extérieure de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on mesure la largeur du circuit magnétique de stator (6) dans la direction radiale, avant l'assemblage du circuit magnétique de stator (6) et du circuit magnétique de rotor (3), on mesure également la po- sition de la périphérie extérieure du circuit magnétique de stator (6) par rapport à l'axe du circuit magnétique de totor (3), après l'assemblage, on calcule la position de la péri- phérie intérieure du circuit magnétique de stator (6) par rapport à l'axe du circuit magnétique de rotor (3), sur la base de la différence entre le résultat de la mesure de la largeur du circuit magnétique de stator (6) dans la direction radiale, qui a été mesurée avant l'assemblage, et le résultat de la mesure de la position de la périphérie extérieure du circuit magnétique de stator (6) par rapport à l'axe du cir- cuit magnétique de rotor (3), après l'assemblage, et on cal- cule en outre la différence entre la position de la périphé- rie intérieure du circuit magnétique de stator (6) et la po- sition de la périphérie extérieure du circuit magnétique de rotor (3), sur la base des résultats des mesures, la diffé- rence ainsi obtenue étant définie comme étant l'entrefer entre le circuit magnétique de stator (6) et le circuit ma- gnétique de rotor (3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur du circuit magnétique de stator (6) est la largeur d'une dent (6a) du circuit magnétique de stator (6). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure la largeur du circuit magnétique de stator (6) pour chaque dent (6a). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure la largeur du circuit magnétique de sta- tor (6) pour des dents (6a) sélectionnées du circuit magné- tique de stator, à un intervalle prédéterminé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'on effectue la mesure de la position de la périphérie extérieure du circuit magnéti- que de stator (6) après avoir effectué l'assemblage en supportant la machine (1) sur l'arbre de rotor (2), au moyen d'une monture de fabrication. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on supporte la machine (1) au niveau d'une cavité (2a) qui est formée à chaque extrémité de l'arbre de rotor (2). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'on commence la mesure de la position de la périphérie extérieure du circuit magnéti- que de stator (6) à une position qui correspond à une ou- verture (6b) formée dans le circuit magnétique de stator (6).