Brevet FR2803450A1 — publié le 20010706

Etat de la technique La présente invention concerne un moteur électri- que, notamment pour des machines-outils à main, comprenant un rotor formé d'un paquet de lamelles de tôle assemblé par ma- triçage et solidaire en rotation d'un arbre de rotor, en étant monté à rotation, ce paquet de tôle ayant des rainures réparties suivant le même angle périphérique, chaque rainure étant munie d'un revêtement en matière isolante pour recevoir un enroulement de rotor, et chaque face frontale étant fermée par une lamelle d'extrémité en matière isolante. Dans un moteur électrique connu, de ce type, le paquet de lamelles de tôle du rotor comporte un perçage d'arbre central, réalisé par estampage, et le paquet de la- melles de tôle ainsi que les lamelles d'extrémité en matière isolante sont emmanchés sur l'arbre du rotor de façon que, des deux côtés du paquet de tôle, l'arbre du rotor dépasse chaque fois d'un segment. Sur chacun des segments d'arbre on a réalisé des sièges de palier pour recevoir un palier de roulement et sur l'un des segments d'arbre on a fixé un pi- gnon pour la transmission du couple. La liaison entre le pa- quet de lames de tôle et l'arbre du rotor se réalise par une injection de matière plastique en formant en même temps l'isolation en matière plastique entre l'arbre du rotor et le paquet de lamelles de tôle, afin d'éviter, en cas de défaut, un décalage de la tension de l'enroulement de rotor situé à l'extérieur avec les parties en contact. L'isolation longitudinale en matière plastique doit avoir une certaine épaisseur pour des raisons de régle- mentation et de sécurité et respecter les tensions de con- trôle prévues. Pour éviter un décalage de tension par un fort encrassage au niveau des paliers (ainsi qu'en cas de défaut du collecteur) par l'intermédiaire de l'arbre de l'induit et des paliers vers l'extérieur on a prévu, sur l'isolation lon- gitudinale, un disque en labyrinthe pour augmenter l'écartement et le chemin des courants rampants. Les rainures qui reçoivent l'enroulement du rotor dans le paquet de tôle sont revêtues de presse-pahn et sont fermées et imprégnées de presse-pahn au moment de l'enroulement. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un moteur électri- que du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le revê- tement des rainures et les lamelles d'extrémité ainsi que l'arbre de rotor et les éléments d'arbre qui dépassent axia- lement des lamelles d'extrémité sont troublés par une opéra- tion d'injection de matière plastique. Le moteur selon l'invention offre l'avantage d'une fabrication considérablement simplifiée du rotor et d'éviter tout décalage de tension vers l'extérieur en cas de défaut sans nécessiter de moyens supplémentaires. L'absence de perçage pour l'arbre et l'absence d'isolation longitudi- nale gênent beaucoup moins le passage du flux magnétique dans la section de fer, et permettent de réduire fortement les pertes par aimantations périphériques dans les machines élec- triques actuelles, en cas de fortes charges de retour et de fréquence élevée dans les fers de retour. La vitesse de ra- lenti du rotor diminue, ce qui améliore le rendement de l'enroulement au point de charge. Dans le cas d'une nouvelle conception de la coupe des lamelles de tôle on peut diminuer le diamètre du champ du rotor pour une même puissance. En en- veloppant complètement le paquet de lamelles de tôle avec la matière plastique, on diminue le risque d'un endommagement du fil lorsqu'on réalise l'enroulement du rotor. Comme en cas de surcharge le rotor peut accepter des températures élevées, on utilise une matière plastique très résistante aux températu- res élevées ou une matière thermodurcissable. Selon un développement avantageux de l'invention, dans le paquet de tôle, on a plusieurs perçages axiaux tra- versants que l'on remplit de matière plastique par injection. Les perçages sont de préférence prévus à la base de l'entretoise entre les rainures et ils alternent avec les moulures pour la réalisation des paquets par estampage, de sorte que dans la direction périphérique du paquet de lamel- les de tôle, chaque moulure est suivie d'un perçage et inver- sement. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'enroulement de rotor placé dans les rainures du paquet de lamelles de tôle entoure avec ses têtes d'enroulement qui dépassent de la face frontale du paquet de lamelles de tôle, les lamelles d'extrémité et les éléments d'axe, et est soumis à une opération d'immersion ou d'imprégnation. Grâce à cette conception de la construction, on obtient un rotor très solide, ce qui est nécessaire pour les vitesses de rotation élevées. Les têtes d'enroulement participent en outre à la stabilisation du paquet de tôle d'induit et l'imprégnation ou l'immersion de l'enroulement de rotor permet de coller et de cuire les têtes d'enroulement, les lamelles d'extrémité et les éléments d'arbre, ce qui in- fluence avantageusement de manière globale la résistance du rotor. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, dans au moins un élément d'arbre il est prévu un tourillon de palier, de préférence en acier, comme insert aligné sur le tourillon d'arbre et enrobé par injection. La partie du tourillon qui dépasse librement de l'élément d'arbre reçoit de force un palier de rotation, notamment un palier à billes et/ou un collecteur monté solidairement en rotation. Le palier de roulement et le collecteur sont de préférence pressés sur le tourillon de palier. On évite ainsi tout risque de décalage de la tension vers le tourillon de palier et ainsi tout déplacement de tension vers les parties extérieures accessibles au toucher pour l'utilisateur. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, au moins un tourillon de palier arrive jusqu'au paquet de lamelles de tôle et est relié en extrémité solidai- rement à une rondelle d'ancrage solidaire de la lamelle d'extrémité. Les tourillons de palier réalisés creux pour ré- duire le poids et la rondelle d'ancrage sont en une seule pièce obtenue par emboutissage profond. La rondelle d'ancrage améliore l'accrochage dans la matière plastique et donne ain- si une plus grande sécurité vis-à-vis du mouvement relatif entre le tourillon de palier et les lames de tôle grâce à une denture périphérique. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on a taillé, dans le segment d'extrémité de la partie de tourillon de palier dépassant de l'élément d'arbre, un filetage extérieur ou intérieur pour visser un pignon d'entraînement ou un pignon denté. En variante, l'élément d'arbre comporte un élément de pignon comme insert aligné sur l'élément d'arbre et réuni par injection; l'élément de pi- gnon est alors librement en saillie par rapport à l'élément d'arbre par sa denture. Le tourillon de palier ou l'élément de pignon est placé dans le moule d'injection en vue de l'injection pour être enrobé avec la matière plastique de l'élément d'arbre. Selon un autre mode de réalisation, un pignon d'entraînement est appliqué sur le tourillon de palier et est bloqué contre un épaulement de butée réalisé sur le tourillon de palier par une vis logée dans un filetage intérieur du tourillon de palier au moins en partie creux. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les rainures revêtues d'une couche de matière plastique sont munies d'un moyen de fermeture de rainures. Les fermetures de rainures sont injectées lors de l'injection à la manière d'un film formant charnière sur les revêtements des rainures. Au cours d'une opération d'injection, la zone de la fermeture de rainure sert à l'opération de remplissage de matière plastique pour réaliser le revêtement des rainu- res. Les fermetures de rainures, que l'on obtient à la fin de l'opération de remplissage, sont rabattues par-dessus les ou- vertures des rainures, après la mise en place des enroule- ments du rotor et sont accrochées dans une barrette dentée réalisée sur les flancs des rainures opposés, également obte- nue par injection, à la manière d'une fermeture à crochets qui bloque ainsi l'enroulement de rotor dans les rainures. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue de côté schématique d'un rotor de moteur électrique, - la figure 2 est une vue en perspective d'un paquet de la- melles de tôle du rotor de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus d'une lamelle de tôle du paquet de la figure 2, - la figure 4 est une vue à échelle agrandie d'un détail de lamelle de tôle de la figure 3, - la figure 5 est une coupe longitudinale d'un rotor pour un moteur à collecteur selon un autre exemple de réalisation avec une représentation fortement schématique, - la figure 6 est une vue d'un tourillon de palier et d'un disque d'ancrage du rotor, dans la direction de la flèche VI de la figure 5, - la figure 7 est une vue à échelle agrandie d'un détail d'une lamelle de tôle du rotor de la figure 5, - la figure 8 est une coupe longitudinale d'un tourillon de palier avec un disque d'ancrage et un pignon d'en- traînement vissé sur la face frontale (représentation par- tielle), - la figure 9 montre un détail d'un tourillon de palier avec un pignon d'entraînement installé et bloqué du côté de la face frontale. Description de l'exemple de réalisation La figure 1 est une vue de côté du rotor d'un mo- teur électrique composé de manière connue d'un stator et d'un rotor; ce moteur est destiné de préférence à des machines- outils portatives; il se compose d'un paquet de lamelles de tôle 11 muni de rainures 12 réparties de manière équi- angulaire dans la direction périphérique (figure 2) et au ni- veau de chaque face frontale le rotor comporte une lamelle d'extrémité 13 en matière isolante. Le paquet de lamelles de tôle 11, représenté en perspective à la figure 2, est formé d'un grand nombre de lamelles de tôle 14 obtenues par estam- page et reliées en paquets pour former un paquet de lamelles de tôle 11. La figure 3 montre une lamelle de tôle 14. Pour former les paquets par estampage, dans chaque lamelle de tôle 14 on a quatre empreintes 15 espacées les unes des autres de et qui se trouvent chaque fois directement sous une en- tretoise 23 séparant les rainures 12. Comme cela n'est pas représenté ici, les rainures 12 reçoivent l'enroulement du rotor formé de fils vernis iso- lés mis en place par bobinage. Pour améliorer l'isolation de l'enroulement du rotor vis-à-vis du paquet de lamelles de tôle 11, les rainures 12 sont munies d'un revêtement 16 en matière isolante comme cela apparaît mieux à échelle agrandie à la figure 4. Le paquet de lamelles de tôle 11 est relié so- lidairement en rotation à un arbre 17 de rotor pour le mon- tage à rotation de façon connue dans le stator de la machine électrique. Dans le cas du rotor représenté à la figure 1, les revêtements 16 des rainures 12, les deux lamelles d'extrémité 13 et l'arbre 17 du rotor et les éléments d'arbre 171, 172, qui dépassent axialement par rapport aux lamelles d'extrémité 13, sont enrobés de matière plastique au cours d'une opération d'injection. Dans chaque élément d'arbre 171, 172, on a injecté un tourillon de palier 18, 19 sous la forme d'un insert en acier aligné sur l'élément d'arbre 171, 172. Les deux tourillons de palier 18, 19 sont placés dans le moule pour l'injection et sont ainsi entourés avec la matière plastique des éléments d'arbre 171, 172. La partie de tou- rillon 181, 191, des tourillons de palier 18, 19, dépassant librement des éléments d'arbre 171, 172, forme un siège de palier pour un palier de roulement. Le segment d'extrémité de la partie d'arbre 181 comporte un filetage 20 pour visser un pignon de sortie permettant de transmettre le couple. Si la machine électrique est réalisée sous la forme d'un moteur à collecteur, l'élément d'arbre 172 reçoit un collecteur qui est raccordé de manière connue à l'enroulement du rotor. Selon la figure 4, les rainures 12 du paquet de lamelles de tôle 11, après mise en place de l'enroulement du rotor, sont fermées par un moyen de ferme- ture de rainures 21. Ce moyen de fermeture de rainures 21 est injecté, lors de l'injection du revêtement de rainures 16, des lamelles d'extrémité 13 et des éléments d'arbre 171, 172 à la manière d'un film formant charnière sur le revêtement 16 de chaque rainure 12. Après mise en place de l'enroulement de rotor, on rabat les fermetures de rainures 21, sur 90 et on les accroche sur le côté opposé de la rainure dans une bar- rette dentée 22 existant à cet endroit; cette barrette den- tée est également réalisée par injection de manière à former une fermeture à glissière. Selon une variante de réalisation de l'invention, au lieu d'injecter le tourillon de palier 18 dans l'élément d'arbre 171, on peut également injecter un élément de pignon comme insert aligné sur l'élément d'arbre 171. Cet élément de pignon dépasse par sa denture par rapport à l'élément d'arbre 171 et rend inutile le filetage 20 sur le tourillon de palier 18 ainsi que le vissage ultérieur d'un pignon sur le filetage , comme cela a été décrit à propos de la figure 1. Comme le tourillon de palier 181, on place également l'élément de pi- gnon dans le moule d'injection pour réaliser l'injection et l'enrober avec la matière plastique de l'élément d'arbre 171. Selon une autre variante de réalisation, il est possible de concevoir le tourillon de palier 191, inséré par injection dans l'élément d'arbre 172, non pas comme un insert en acier mais de l'injecter comme tourillon de palier en ma- tière plastique en une seule pièce avec l'élément d'arbre 172. Cela est possible si le tourillon de palier est monté dans le stator par l'intermédiaire d'un roulement à billes et alors la bague intérieure du roulement à billes est installée solidairement en rotation sur le tourillon de palier réalisé par injection. Les figures 5 à 8 montrent un autre exemple de réalisation d'un rotor de moteur électrique constitué ici comme un moteur à collecteur; dans celuici les revêtements de rainures sont injectés dans les rainures 12 du paquet de tôle 11; les deux lamelles d'extrémité 13 et les deux élé- ments d'arbre 171, 172 qui forment l'arbre 17 du rotor sont injectés en matière plastique au cours d'une opération d'injection. Comme cela n'est pas détaillé, le paquet de la- melles en tôle 11 est également assemblé à partir de lamelles de tôle 14 regroupées par des empreintes estampées; pour ce- la, les empreintes 15 en creux, décalées suivant le même an- gle périphérique de chaque lamelle de tôle 14, servent à cet assemblage. Comme le montre la figure 7, les empreintes 15 sont situées directement sous une entretoise 23 subsistant entre les rainures 12; les empreintes 15 sont associées à chaque seconde entretoise 23. Pour augmenter la solidité du paquet de lamelles de tôle 11, toutes les lamelles 14 sont munies de perçages 24 répartis suivant le même angle périphérique et de nouveau chaque fois directement sous une entretoise 23 subsistant en- tre les rainures 12. Comme les perçages 24 sont associés à chaque seconde entretoise 23, on a une alternance dans la di- rection périphérique des lamelles de tôle 14, chaque fois une empreinte 15 et un perçage 24 (figure 7). Après l'assemblage du paquet par matriçage, on a ainsi un paquet de lamelles de tôle 11; des perçages longitudinaux sont formés par la suc- cession des perçages 24 alignés; au cours de l'injection des lamelles d'extrémité 13, des éléments d'arbre 171, 172 et du revêtement de rainures, non représentée, ces perçages seront complètement remplis avec la matière plastique fluide. L'enroulement de rotor 25, placé de la même ma- nière que dans les exemples de réalisation des figures 1-4 dans les rainures 12 munies d'un revêtement et de moyens de fermeture, enveloppe les lamelles d'extrémité 13 et les élé- ments d'arbre 171, 172 avec ses têtes de bobinage 251 en saillie par rapport aux faces frontales du paquet de lamelles de tôle 14. L'enroulement de rotor 25 est alors soumis à une opération d'immersion ou d'imprégnation pour recouvrir les têtes d'enroulement 251 avec les lamelles d'extrémité 13 et les éléments d'arbre 171, 172 pour augmenter encore plus la solidité du rotor. Les tourillons de palier 18, 19 sont également injectés dans les éléments d'arbre 171, 172; toutefois, les tourillons de palier 171, 172 s'étendent jusque dans le pa- quet de lames 11 et en extrémité ils sont chaque fois reliés solidairement à une rondelle d'ancrage 26 emprisonnée dans chaque fois une lamelle d'extrémité 13. La rondelle d'ancrage 26, qui apparaît en vue de dessus à la figure 6, présente une denture 27 à sa périphérie; cette denture assure un meilleur accrochage dans la matière plastique de la lamelle d'extrémité 13 et interdit toute rotation du tourillon de pa- lier 18, 19 dans l'élément d'arbre 171, 172 sous l'effet de couples trop importants appliqués aux tourillons de palier 18, 19. Les tourillons de palier 18, 19, réalisés ici avec une forme creuse et les rondelles d'ancrage 26, sont fabri- qués sous la forme de pièces d'emboutissage profond; lors de l'injection, ces pièces sont enrobées par injection comme des inserts. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, l'élément d'arbre 171 porte un rotor de ventilateur 28 ser- vant à refroidir le moteur électrique alors que le tourillon de palier 19 qui dépasse de l'élément d'arbre 172 porte un collecteur 29 et un palier à roulement 30 pour monter le ro- tor dans le stator. Selon la figure 8, le tourillon de palier 18, creux, est muni d'un filetage intérieur 34 dans lequel se visse l'élément d'axe 311 d'un pignon d'entraînement 31. En variante, selon la figure 9, le pignon d'entraînement 31, mu- ni d'un perçage central, peut se glisser par l'extrémité sur le tourillon de palier 18 et pour cela l'extrémité du tou- rillon a un diamètre étagé pour former un épaulement de butée 32. Le pignon d'entraînement 31 qui vient contre l'épaulement de butée 32 est serré contre l'épaulement de butée 32 par une vis de serrage 33, vissée dans le filetage intérieur 34 réa- lisé dans le tourillon de palier 18, pour être ainsi bloqué solidairement sur le tourillon de palier 18. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Moteur électrique, notamment pour des machines-outils à main, comprenant un rotor formé d'un paquet de lamelles de tôle (11) assemblé par matriçage et solidaire en rotation d'un arbre de rotor (17), en étant monté à rotation, ce pa- quet de tôle ayant des rainures (12) réparties suivant le même angle périphérique, chaque rainure étant munie d'un re- vêtement (16) en matière isolante pour recevoir un enroule- ment de rotor (25), et chaque face frontale étant fermée par une lamelle d'extrémité (13) en matière isolante, caractérisé en ce que le revêtement (16) des rainures et les lamelles d'extrémité (13) ainsi que l'arbre de rotor (17) et les éléments d'arbre (171, 172) qui dépassent axialement des lamelles d'extrémité (13) sont enrobés par une opération d'injection de matière plastique. 2 ) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paquet de lamelles de tôle (11) comporte un grand nombre de perçages axiaux (24) traversants longitudinalement et qui sont remplis de matière plastique au cours de l'injection. 3 ) Moteur électrique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enroulement de rotor (25), placé dans les rainures (12) du paquet de lamelles de tôle (11), entoure avec ses têtes d'enroulement (251) dépassant des faces frontales du paquet de lamelles de tôle (11), les lamelles d'extrémité (13) et les éléments d'arbre (171, 172), est soumis à une opération d'imprégnation ou d'immersion. 4 ) Moteur électrique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que dans au moins un élément d'arbre (171, 172) il y a un tou- rillon de palier (18, 19) de préférence en acier avec un in- sert aligné sur l'élément d'arbre (171, 172) et qui est enro- bé par injection, et la partie de tourillon (181, 191) qui dépasse librement de l'élément d'arbre reçoit un palier de roulement, notamment un palier à billes (30) et/ou un collec- teur (29) installé de manière solidaire en rotation, de pré- férence par frettage. ) Moteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tourillon de palier (18, 19), de préférence creux, s'étend jusqu'au paquet de lamelles de tôle (11) et en extrémité il est relié solidairement à une rondelle d'ancrage (26) noyée dans la lamelle d'extrémité (13). 6 ) Moteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rondelle d'ancrage (26) porte une denture (27) à sa péri- phérie. 7 ) Moteur électrique selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 6, caractérisé en ce que dans le segment d'extrémité de la partie de tourillon (181) dépassant de l'élément d'arbre (171) du tourillon de palier (18) il est découpé un filetage extérieur ou intérieur (20, 34) pour visser un pignon d'entraînement (31). 8 ) Moteur électrique selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 6, caractérisé en ce qu' un pignon d'entraînement (31) est appliqué sur le tourillon de palier (18) et est bloqué contre un épaulement de butée (32) réalisé sur le tourillon de palier (18) par une vis lo- gée dans un filetage intérieur (34) du tourillon de palier (18) au moins en partie creux. 9 ) Moteur électrique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que les rainures (12) du paquet de lamelles de tôle (11) sont mu- nies de moyens de fermeture de rainures (21), et ces moyens de fermeture (21) sont injectés en matière plastique sur le revêtement de rainures (16) à la manière d'un film formant charnière au cours de l'opération d'injection. ) Moteur électrique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu' au moins un élément d'arbre porte un tourillon de palier en matière plastique, réalisé par injection, en une seule pièce, pour recevoir un palier à roulement.