Brevet FR2759506A1 — publié le 19980814

L'invention est relative au domaine des machines électriques et concerne plus particulièrement un arbre pour le rotor d'une machine électrique. Un tel arbre comporte deux parties d'extrémité et une partie centrale électriquement active comportant des conducteurs, toutes réalisées par usinage et d'une seule pièce. Les parties d'extrémité sont destinées à être posées sur deux paliers et présentent une forme appropriée. Dans la partie centrale active qui forme le rotor de la machine, sont usinées des rainures et des encoches pour les conducteurs électriques. Ainsi, les coûts et délais de fabrication des arbres d'alternateurs sont aujourd'hui importants. Ils constituent une contrainte dans la fabrication de machines électriques. Il est apparu nécessaire de modifier la structure des arbres d'alternateurs ainsi que leur procédé de fabrication, afin de réduire de façon significative leur coût et leur délai de fabrication. Pour cela, la partie centrale de l'arbre est constituée par un empilement de tôles, des encoches étant prévues pour les conducteurs. De préférence, l'empilement est placé entre deux plateaux d'extrémité et maintenu par des tiges. Les caractéristiques suivantes peuvent également être prises en considération, isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - les tôles sont collées pour améliorer la tenue en torsion, les tiges sont soudées sur les plateaux d'extrémité, - l'empilement de tôles comporte des canaux de refroidissement qui se prolongent, le cas échéant, dans les plateaux d'extrémité, - lesdits canaux de refroidissement communiquent, par l'intermédiaire de canaux ménagés dans les conducteurs, avec des évents de ventilation prévus sur la périphérie de l'empilement, - chaque tôle comporte des encoches qui se prolongent vers le bord extérieur de la tôle par un évidement pour le passage des tiges, - les encoches de chaque tôle se prolongent, du côté opposé au bord extérieur de la tôle, par une ouverture correspondant à un canal de refroidissement, - la largeur de l'ouverture, selon la circonférence de la tôle, est inférieure à celle de l'encoche, - des tôles présentent des évidements ménageant un espace libre entre la tôle et les tiges, lorsque celles-ci sont en place, de façon à créer des évents de ventilation. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un arbre de rotor de machine électrique comportant deux parties d'extrémité encadrant une partie centrale électrique active et comportant des conducteurs, le procédé consistant à usiner les deux parties d'extrémité, à réaliser la partie centrale et à relier les trois parties entre elles. Selon l'invention, la partie centrale est réalisée par les étapes successives suivantes: - fabrication de tôles présentant des encoches pour les conducteurs et des évidements pour des tiges, - préencollage desdites tôles, - empilement desdites tôles, - insertion de l'empilement obtenu entre deux plateaux d'extrémité, - insertion desdites tiges, - mise en traction desdites tiges, - soudure desdites tiges sur lesdits plateaux d'extrémité, - insertion desdits conducteurs et - raccordement des conducteurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes non limitatifs de réalisation de l'invention, faite au regard des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en plan d'un arbre de rotor selon l'invention, - la figure 2 est une vue partielle en perspective et avec une coupe partielle de la partie centrale active de l'arbre de rotor selon l'invention, - la figure 3 est une demi-vue, selon l'axe de symétrie des pôles, d'une tôle de la partie active de l'arbre de rotor selon l'invention, - la figure 4 est une vue partielle et en développé de la partie active de l'arbre du rotor selon l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe d'une encoche selon V-V, - la figure 6 est une vue en coupe d'une encoche, selon VI-VI, au niveau d'un évent de ventilation. Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références. La figure 1 montre un arbre de rotor selon l'invention pour une machine électrique. L'axe de l'arbre porte la référence 1. Cet arbre comporte deux parties d'extrémité 2 et 3 qui sont destinées au support de l'arbre sur des paliers prévus dans la machine. La référence 4 désigne des pales de ventilation qui sont fabriquées indépendamment, puis fixées sur chaque partie d'extrémité. Celles-ci sont symétriques par rapport à l'axe central , qui est perpendiculaire à l'axe 1 et qui est également un axe de symétrie. La partie centrale de l'arbre porte la référence 6. Elle comporte une zone électriquement active 7 comportant des tôles empilées et maintenue entre deux plateaux d'extrémité 8. L'ensemble des tôles et des plateaux est placé entre deux frettes 9, chacune d'elles étant reliée à une partie d'extrémité 2, 3 de l'arbre de rotor. La figure 2 illustre partiellement un plateau d'extrémité 8 et la zone électriquement active 7 avec des tôles empilées 10 et des conducteurs 11. Pour un alternateur deux pôles, la figure 3 illustre une demi-coupe selon l'axe 12, axe de symétrie des pôles, d'une tôle 10 qui présente la forme générale d'un disque. L'axe 13 est l'axe de symétrie entre les pôles. La tôle 10 comporte deux séries d'encoches 14, dont une seule est illustrée sur la figure 3. Chaque encoche 15 est conçue pour recevoir un conducteur 11. Elle se prolonge vers le bord 26 de la tôle par un évidement 19 présentant une forme arrondie pour la mise en place d'une tige 17. Chaque encoche 15 se prolonge, du côté opposé à l'évidement 19, par une ouverture 16 dont la largeur (selon la circonférence de la tôle) est inférieure à celle de l'encoche 15. Dans l'exemple illustré à la figure 3, entre les deux séries d'encoches 14, la tôle 10 comporte deux zones 18 diamétralement opposées qui ne comportent pas d'encoches mais des évidements 19 pour le passage des tiges 17. Ce type de tôle permet de réaliser un alternateur deux pôles. La partie centrale 6 de l'arbre est réalisée de la façon suivante. Les tôles 10 sont empilées, de façon à ce que les encoches 15 coïncident entre elles. Les tôles 10 sont, de préférence, préencollées pour améliorer la tenue en torsion. L'empilement obtenu est placé entre les plateaux d'extrémité 8 qui sont eux-mêmes reliés au moyeu 20 de l'arbre. Les tiges 17 sont ensuite insérées dans les évidements 19, en passant par les évidements 21 prévus dans les plateaux d'extrémité 8. On exerce alors une traction sur les tiges 17, de façon à compresser les tôles préencollées. Au cours de cette opération, les tôles se collent entre elles. On soude alors les tiges 17 sur les plateaux d'extrémité 8. La référence 22 désigne un cordon de soudure. Après le soudage des tiges sur les plateaux d'extrémité, on relâche les tiges. Les conducteurs sont ensuite insérés dans les encoches , et les conducteurs à l'extrémité des plateaux sont reliés entre eux pour former les frettes 9. La figure 5 montre une encoche 15 dans l'empilement de tôles, au niveau de la ligne V-V de la figure 4. L'encoche comporte un conducteur 11, un isolant 24 étant placé sur les parois de l'encoche. Une cale 25 est prévue dans le fond de l'encoche. Dans l'évidement 19, est placée une tige 17. La référence 26 désigne le bord extérieur de la tôle. L'ouverture 16 prévue dans la tôle, en prolongement de l'encoche 15 est libre de tout conducteur. L'ensemble de ces ouvertures 16 forme, avec des ouvertures correspondantes prévues dans les plateaux d'extrémité 8, des canaux de refroidissement 27, illustrés à la figure 2. L'ensemble constitué par les plateaux et les tôles empilées, est ainsi placé entre les deux frettes 9 et relié aux parties d'extrémité 2 et 3 de l'arbre. Les frettes 9 peuvent être en partie réalisées en métal ou en matériau composite, notamment à base de résine époxy. La référence 23 désigne la partie d'un conducteur 11 destinée à être raccordée au circuit électrique de la machine. Les figures 2 et 4 montrent que, dans l'empilement de tôles, sont ménagées des évents 31 pour la ventilation. La figure 6 montre une encoche 15 dans l'empilement de tôles, au niveau d'un évent de ventilation 31. Cette figure est une vue partielle en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 4. Elle montre que pour certaines tôles 30, au moins certains évidements 19 ne présentent pas une forme circulaire, mais semi-circulaire, de façon à ménager un espace libre 28 entre la tôle et les tiges 17, lorsque celles-ci sont en place. Ces tôles particulières 30 sont mises en regard lorsque toutes les tôles sont empilées de façon à former les évents de ventilation 31. La figure 6 montre que l'évent 31 communique avec le canal de refroidissement 16, par l'intermédiaire d'un canal 29. Ce canal traverse le conducteur 11 qui est placé dans l'encoche 15. L'ensemble des évents de ventilation 31, des canaux intermédiaires 29 et des canaux de refroidissement 27, permet de refroidir les conducteurs 11 du rotor. Les tiges 17 assurent le maintien des tôles entre elles et constituent la structure longitudinale du rotor. Elles assurent également une fonction de cale d'encoche, en retenant mécaniquement les conducteurs 11 dans leur encoche. Les tiges 17 ont également un rôle de cage amortisseur électrique, puisqu'elles sont reliées aux plateaux d'extrémité 8. Le comportement mécanique en flexion de l'arbre de rotor selon l'invention est le suivant en fonctionnement: les efforts de compression sont repris par l'empilement de toles collées et les efforts de traction sont repris par les tiges de serrage 17. En torsion, le couple électrique est transmis de proche en proche le long de la partie active par les interfaces collés. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée. REVENDICATIONS 1. Arbre de rotor d'une machine électrique comportant deux parties d'extrémité (2, 3) usinées, encadrant une partie centrale électriquement active (6) et comportant des conducteurs, caractérisé en ce que ladite partie active (6) est constituée par un empilement de tôles (10), des encoches (15) étant prévues pour les conducteurs (11). 2. Arbre de rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'empilement est placé entre deux plateaux d'extrémité (8) et maintenu par des tiges (17). 3. Arbre de rotor selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les tôles (10) sont collées. 4. Arbre de rotor selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les tiges (17) sont soudées sur les plateaux d'extrémité (8). 5. Arbre de rotor selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'empilement de tôles (10) comporte des canaux de refroidissement (27) qui se prolongent, le cas échéant, dans les plateaux d'extrémité (8). 6. Arbre de rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits canaux de refroidissement (27) communiquent, par l'intermédiaire de canaux (29) ménagés dans les conducteurs (11), avec des évents de ventilation (31) prévus sur la périphérie de l'empilement. 7. Arbre de rotor selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque tôle (10) comporte des encoches (15) qui se prolongent vers le bord extérieur (26) de la tôle par un évidement (19) pour le passage des tiges (17). 8. Arbre de rotor selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les encoches de chaque tôle (10) se prolongent, du côté opposé au bord extérieur (26) de la tôle, par une ouverture (16) correspondant à un canal de refroidissement (27). 9. Arbre de rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce que la largeur de l'ouverture (16), selon la circonférence de la tôle (10), est inférieure à celle de l'encoche (15). 10. Arbre de rotor selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que des tôles (30) présentent des évidements (19) ménageant un espace libre (28) entre la tôle et les tiges (17), lorsque celles-ci sont en place, de façon à créer des évents de ventilation (31). 11. Procédé de fabrication d'un arbre de rotor de machine électrique comportant deux parties d'extrémité (2, 3) encadrant une partie centrale (6) électriquement active comportant des conducteurs (11), le procédé consistant à usiner les deux parties d'extrémité (2, 3), à réaliser la partie centrale (6) et à relier les trois parties (2, 3, 6) entre elles, caractérisé en ce que la partie centrale (6) est réalisée par les étapes successives suivantes: - fabrication de tôles (10) présentant des encoches (15) pour les conducteurs (11) et des évidements (19) pour des tiges (17), - pré encollage desdites tôles (10), - empilement desdites tôles (10), insertion de l'empilement obtenu entre deux plateaux d'extrémité (8), insertion desdites tiges (17), - mise en traction desdites tiges (17), soudure desdites tiges (17) sur lesdits plateaux d'extrémité (8), insertion desdits conducteurs (11) et - raccordement des conducteurs (11).