Brevet FR2788637A1 — publié le 20000721

Rotor à cage coulé sous pression pour des machines électriques et son procédé de fabrication L'invention concerne un rotor à cage coulé sous pression pour une machine électrique, comportant un paquet de tôles rotoriques qui est monté sur un arbre rotorique et dont les lamelles de tôle comportent des perforations qui sont superposées de manière à former des canaux de passage pour le noyau du rotor, et comportant un enroulement de cage coulé sous pression en un matériau conducteur de l'électricité, déposé sur le noyau du rotor et constitué de barreaux conducteurs passant dans les canaux de passage du paquet de tôles rotoriques et comportant sur les faces frontales du paquet de tôles rotoriques des bagues de court-circuit d'un seul tenant avec les barreaux conducteurs. L'invention concerne de plus un procédé de fabrication d'un rotor à cage de ce genre. Comme cela ressort du DE 43 29 679 C2, on connaît un rotor à cage pour des moteurs électriques qui peuvent être fabriqués dans un procédé de moulage par injection. On y fabrique d'abord un noyau de rotor cylindrique laminé en superposant une pluralité de lamelles de tôle dans lesquelles on a ménagé des perforations du genre totalement ouvertes ou du genre totalement fermées, et cela d'une manière telle que les perforations des lamelles de tôle forment des perforations de passage du noyau. Les lamelles de tôle sont traversées par un arbre rotorique et sont fixées à l'arbre rotorique. Puis on injecte comme matériau conducteur de l'électricité de l'aluminium ou un alliage d'aluminium dans les parties creuses qui sont formées dans les perforations du noyau et dans les zones de cavités de bagues d'extrémité qui sont situées à droite et à gauche et qui sont réalisées aux deux extrémités du 2 2788637 noyau du rotor. On effectue ensuite une coulée sous pression avec le matériau conducteur de l'électricité pour mouler le rotor à cage. Enfin, on effectue un réusinage des bagues d'extrémité de droite et de gauche et des parties périphériques extérieures du noyau, pour finir la fabrication du rotor. Un procédé de fabrication d'un rotor à cage connu par le DE 43 29 679 C2 comprend les étapes consistant à produire un noyau de rotor en superposant une pluralité de lamelles de tôle dont chacune comporte des perforations d'une manière telle que les perforations des lamelles de tôle forment des perforations de passage du noyau, en fixant la pluralité de o lamelles de tôle à l'arbre et en formant une couche d'isolation sur la surface intérieure de chacune des perforations de passage; en agrafant solidement le noyau de rotor autour d'un moule fixe, en utilisant un moule mobile, et en réalisant une coulée sous pression de matériau fondu conducteur de l'électricité, pour former un conducteur rotorique dans chacune des perforations de passage et pour former en même temps des bagues d'extrémité à gauche et à droite aux extrémités gauche et droite du noyau de rotor d'une manière telle que le conducteur rotorique et les bagues d'extrémité gauche et droite sont reliés les uns aux autres d'un seul tenant, le moule mobile qui est utilisé lors de l'agrafage du noyau de rotor et du moule fixe ayant des matrices extérieures et une matrice intérieure, et en formant dans le moule mobile un interstice de soufflage d'air entre la matrice intérieure et chacune des matrices extérieures. La fabrication de paquets de tôles rotoriques dans la technique de moulage par injection d'aluminium pour des machines électriques aérées intérieurement n'est pas possible jusqu'ici en ayant un écartement entre les bagues de court-circuit et le paquet de tôle. Le problème qui en résulte est d'une part la tendance à la formation de fissures à la transition entre les bagues de court-circuit et les barreaux rotoriques et d'autre part l'absence d'aération du rotor. Pour créer la distance par rapport aux paquets de tôle nécessaire à la compensation de dilatations, on a eu recours jusqu'ici toujours à la technique traditionnelle d'enroulement en cuivre à barreaux rotoriques rentrés individuellement et à bagues de court-circuit brasées. L'invention vise, pour un rotor à cage coulé sous pression pour une machine électrique, comportant un paquet de tôles rotoriques, qui est monté sur un arbre rotorique et dont les lamelles de tôle comportent des 3 2788637 perforations qui sont superposées de manière à former des canaux de passage du noyau de rotor, et comportant un enroulement de cage coulé sous pression en un matériau conducteur de l'électricité, déposé sur le noyau de rotor et constitué de barreaux conducteurs passant dans les canaux de passage du paquet de tôles rotoriques et comportant sur les faces frontales du paquet de tôles rotoriques des bagues de court- circuit d'un seul tenant avec les extrémités des barreaux conducteurs, à résoudre ce problème d'une manière simple. Suivant l'invention, on y parvient, pour un rotor à cage coulé io sous pression, en coulant à l'extrémité gauche et à l'extrémité droite du noyau de rotor, entre le paquet de tôles rotoriques et les bagues de court-circuit, des éléments de maintien à distance dans l'enroulement de cage coulé sous pression. Un procédé pour la fabrication suivant l'invention d'un rotor à cage coulé sous pression de ce genre est caractérisé en ce que l'on produit un noyau de rotor à partir de lamelles de tôle réunies en un paquet de tôles rotoriques, comportant des perforations superposées en canaux de passage, et à partir d'un arbre rotorique, en ce que l'on monte de plus sur les faces frontales du noyau de rotor des éléments de maintien à distance qui prennent appui sur le paquet de tôles rotoriques et en ce que, lors de la coulée sous pression de l'enroulement de cage en matériau conducteur de l'électricité formé d'un seul tenant des barreaux conducteurs et des bagues de court- circuit, on coule en même temps dans le rotor à cage les éléments de maintien à distance entre les bagues de court-circuit et le paquet de tôles rotoriques. Pour obtenir une zone de dilatation entre les bagues de court- circuit et le paquet de tôles rotoriques pendant le fonctionnement du rotor à cage, un élément de maintien à distance coulé ou fabriqué d'une autre façon o une rondelle de maintien à distance comportant par exemple des douilles de maintien à distance (pour chaque rainure d'enroulement) coulées ou reliées par laser et soudure par points est ajoutée lors de la coulée. Le matériau des éléments de maintien à distance ou des rondelles de maintien à distance est sélectionné pour avoir le même coefficient de dilatation que le matériau prévu pour les bagues de court-circuit afin de ne pas produire de tension de cisaillement lors du fonctionnement. 4 2788637 Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les éléments de maintien à distance remplacent les tôles d'extrémité sur les paquets de tôles rotoriques. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les s éléments de maintien à distance sont en un matériau qui a un coefficient de dilatation identique ou comparable au matériau de l'enroulement de cage coulé sous pression. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les éléments de maintien à distance sont réalisés en bagues pleines qui comportent des ouvertures de raccordement aux canaux de passage du noyau de rotor pour les barreaux rotoriques. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les éléments de maintien à distance comportent des barrettes de maintien à distance, des douilles de maintien à distance ou analogues dans la région des is rainures de l'enroulement du noyau du rotor. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les éléments de maintien à distance sont constitués de bagues pleines coulées ou découpées comportant des douilles de maintien à distance qui en sont issues ou qui y sont soudées. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, le rayon de transition entre les barreaux conducteurs et les bagues de court- circuit peut être déterminé par l'intermédiaire du contour extérieur des éléments de maintien à distance. Le rotor à cage suivant l'invention convient notamment à des moteurs à haute tension et à des moteurs à basse tension, ainsi qu'à des dispositifs d'entraînement de bandes. Des avantages particuliers de l'invention consistent en ce que l'on a par les éléments de maintien à distance qui peuvent être coulés et qui équivalent à des pièces moulées perdues d'une part une atténuation de la pression de coulée pendant la fabrication du rotor et d'autre part une possibilité de rendre étanche le moule de coulée par les rondelles de mise à distance qui sont ajoutées, de plus, on n'a pas besoin de réusinage de la pièce moulée perdue (rondelle de maintien à distance) et on obtient finalement une compensation des tensions de flexion et de cisaillement entre les bagues de court-circuit et le paquet de tôles rotoriques lors du fonctionnement. 2788637 Le rotor à cage coulé sous pression suivant l'invention a de plus l'avantage que les éléments de maintien à distance ont un effet de ventilateur pour le circuit de refroidissement intérieur du rotor à cage. Une compensation de la formation de bulles dans les bagues de courtcircuit est possible par un entassement sélectif de matériaux dans les zones menacées. Pour un moulage adéquat des éléments de maintien à distance ou des rondelles de maintien à distance à insérer, on obtient d'une part une conformation du contour extérieur des barrettes de soutien favorables à l'écoulement ainsi que des rayons de transition entre les bagues de court-circuit et les barreaux i0 rotoriques que l'on peut choisir librement. Les éléments de maintien à distance qui peuvent être insérés remplacent enfin des tôles d'extrémité supplémentaires sur le paquet de tôles rotoriques. Des avantages et des particularités de l'invention ressortent de la description qui suit des exemples de réalisation au regard du dessin. Aux dessins: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un rotor à cage coulé sous pression suivant l'invention, la figure 2 est une vue en coupe partielle suivant la ligne A-A de la figure 1, avec une vue en plan partiel d'un mode de réalisation des lamelles de tôle. Le rotor 1 à cage coulé sous pression suivant l'invention, représenté dans l'exemple de réalisation, est constitué d'un paquet 3 de tôles rotoriques qui est fixé à un arbre 2 rotorique et qui est formé d'une multiplicité de lamelles 4 de tôle (tôles pour dynamo). Il est prévu dans les lamelles 4 de tôle en forme de rondelle circulaire, de manière répartie sur le pourtour, des perforations 5 fermées ou ouvertes du côté périphérique, les perforations 5 des tôles 4 étant superposées de manière à former des canaux de passage dans le noyau 6 de rotor formé. De plus, les tôles 4 comportent des trous 15' de refroidissement pour former des canaux 15 de refroidissement s'étendant axialement dans le noyau de rotor. Le noyau 6 de rotor est introduit dans un dispositif de coulée sous pression, qui n'est pas représenté, en vue de mettre l'enroulement de cage coulé sous pression consistant en les barreaux 7 rotoriques et en les bagues 8, 9 de court-circuit montées côté extrémité sur le noyau 6 de rotor. Des éléments 10, 11 de maintien à distance, qui forment après la coulée sous 6 2788637 pression ce que l'on appelle des pièces moulées perdues, sont insérés conjointement du côté frontal par rapport au noyau de rotor. Lors de la coulée sous pression, du matériau fondu, conducteur de l'électricité, par exemple du cuivre ou un alliage de cuivre ou de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, est versé dans le moule de moulage sous pression, le matériau de moulage sous pression remplissant les canaux de passage formés par les perforations 5 des tôles 4 en vue de former les barreaux 7 rotoriques de l'enroulement et des zones de cavité côté extrémité en vue de former les bagues 8, 9 de court- circuit de l'enroulement pour obtenir un enroulement moulé sous pression en l0 un seul tenant. Les éléments 10, 11 de maintien à distance sont conformés de préférence en bagues pleines qui comportent des ouvertures 12 de raccordement aux canaux de passage du noyau 6 de rotor pour les barreaux 7 rotoriques. De plus, les éléments 10, 11 de maintien à distance comportent des barrettes de maintien à distance, des douilles 13 de maintien à distance ou analogues dans la région des rainures d'enroulement du noyau 6 de rotor. Le rayon de transition entre les barreaux 7 conducteurs et les bagues 8, 9 de court-circuit peut être déterminé par l'intermédiaire du contour 14 extérieur des éléments 10, 11 de maintien à distance. 7 2788637 REVENDICATIONS 1. Rotor (1) de cage coulé sous pression pour une machine électrique, comportant un paquet (3) de tôles rotoriques, qui est monté sur un arbre (2) rotorique et dont les lamelles (4) de tôle comportent des perforations (5) qui sont superposées de manière à former des canaux de passage du noyau (6) de rotor, et comportant un enroulement de cage coulé sous pression en matériau conducteur de l'électricité, déposé sur le noyau de rotor et constitué de barreaux (7) conducteurs passant dans les canaux de io passage du paquet de tôles rotoriques et comportant sur les faces frontales du paquet de tôles rotoriques des bagues (8, 9) de court-circuit issues des extrémités des barreaux conducteurs, caractérisé en ce que des éléments (10, 11) de maintien à distance sont coulés conjointement dans l'enroulement (7, 8, 9) de cage coulé sous pression aux extrémités droite et gauche du i5 noyau (6) de rotor entre le paquet (3) de tôles rotoriques et les bagues (8, 9) de court-circuit. 2. Rotor à cage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (10, 11) de maintien à distance remplacent des tôles d'extrémité sur les paquets de tôles rotoriques. 3. Rotor à cage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (10, 11) de maintien à distance sont en un matériau qui a un coefficient de dilatation égal ou comparable à celui du matériau de l'enroulement (7, 8, 9) de cage coulé sous pression. 4. Rotor à cage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (10, 11) de maintien à distance sont réalisés en bagues pleines 8 2788637 qui comportent des ouvertures (12) de raccordement aux canaux de passage du noyau (6) de rotor pour les barreaux (7) rotoriques. 5. Rotor à cage suivant la revendication 1 et une ou plusieurs des revendications suivantes, caractérisé en ce que les éléments (10, 11) de maintien à distance comportent des barrettes de maintien à distance, des douilles (13) de maintien à distance ou analogues dans la zone des rainures d'enroulement du noyau (6) de rotor. 6. Rotor à cage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments (10, 11) de maintien à distance sont constitués de bagues pleines coulées ou découpées, comportant des douilles (13) de maintien à distance qui en sont issues ou qui y sont soudées. 7. Rotor à cage suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rayon de transition entre les barreaux (7) conducteurs et les bagues (8, 9) de court-circuit peut être déterminé par l'intermédiaire du contour (14) extérieur des éléments (10, 11) de maintien à distance. 8. Procédé de fabrication d'un rotor à cage suivant l'une ou plusieurs des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que - on produit un noyau (6) de rotor à partir de lamelles (4) de tôle assemblées en un paquet (3) de tôles rotoriques et comportant des perforations (5) superposées pour former des canaux de passage et à partir d'un arbre (2) rotorique, - on monte sur les faces frontales du noyau (6) de rotor des éléments (10, 1 1) de maintien à distance qui prennent appui sur le paquet (3) de tôles rotoriques et - lors de la coulée sous pression de l'enroulement de cage en matériau conducteur de l'électricité, formé d'un seul tenant des barreaux (7) conducteurs et des bagues (8, 9) de court-circuit, on coule les éléments de maintien à distance en même temps dans le rotor (1) à cage entre les bagues de court-circuit et le paquet de tôles rotoriques.