Brevet FR2818823A1 — publié le 20020628

"Rotor de machine électrique tournante comportant un corps de bobine perfectionné et alternateur comportant un tel rotor" L'invention concerne un rotor de machine électrique tournante. L'invention concerne plus particulièrement un rotor de machine électrique tournante comportant un noyau sensiblement cylindrique sur lequel est réalisé un bobinage par enroulement d'un fil conducteur de manière à former des couches de fil conducteur superposées radialement, du type comprenant un corps de bobine en matériau isolant électriquement qui comporte un fiasque transversal arrière annulaire et une jupe axiale qui s'étend vers l'avant, depuis le bord interne de la face avant du flasque, la jupe axiale étant interposée radialement entre la première couche radialement intérieure du bobinage et le noyau, et la face avant du flasque arrière délimitant une surface d'appui axial arrière pour le bobinage, du type dans lequel l'extrémité de départ du fil conducteur est passée dans un orifice d'entrée du flasque qui est réalisé au voisinage de l'arête intérieure délimitée par l'intersection entre la jupe axiale et la face avant du flasque, de manière que la première spire du fil conducteur appartenant à la première couche, qui suit l'extrémité de départ, soit enroulée sur la jupe axiale, contre la face avant du flasque. L'invention concerne aussi un alternateur comportant un tel rotor. De façon connue, les machines électriques tournantes comportent un rotor et un stator sur chacun desquels peut être réalisé un bobinage électrique. La machine électrique tournante peut être un alternateur qui permet de transformer un mouvement de rotation du rotor en un courant électrique. La machine électrique peut aussi être un moteur qui permet de transformer un courant électrique qui traverse un bobinage du stator en un mouvement de rotation du rotor. La machine peut être réversible et donc transformer l'énergie mécanique en énergie électrique et vice versa. Une telle machine réversible est usuellement appelée alternateurdémarreur. Le bobinage électrique du rotor consiste en un enroulement d'un fil conducteur électrique qui est revêtu d'une couche en matériau isolant électrique. En section transversale, un bobinage est donc constitué d'une juxtaposition horizontale et verticale de tronçons de fil conducteur. Le bobinage du rotor est généralement réalisé dans un corps de bobine, en matière plastique isolante électrique, consistant en un corps cylindrique annulaire, ou jupe axiale, comportant deux flasques transversaux d'extrémité axiale. Une demi-section axiale du corps de bobine a donc globalement la forme d'un U. Le corps de bobine est par exemple monté à force sur un noyau, puis on enroule le fil conducteur autour de la jupe axiale du corps de bobine, entre les deux flasques transversaux. On monte ensuite des roues polaires autour du bobinage de manière à réaliser un rotor. La phase de bobinage est délicate car le fil conducteur doit former des spires régulièrement réparties dans le corps de bobine, formant des couches de fil conducteur superposées radialement. La régularité du bobinage dépend en grande partie du positionnement de la première spire du fil conducteur appartenant à la première couche radialement intérieure du bobinage. Lorsque la première spire n'est pas correctement positionnée, c'est à dire qu'elle n'est pas agencée contre la face avant du flasque arrière, cela provoque la formation d'un interstice entre la première spire et la face avant du flasque arrière. De plus, même si la première spire est bien agencée contre la face avant du flasque arrière, la deuxième spire doit venir se placer axialement devant la première spire. Par conséquent, à la fin de la première spire, le fil se décale axialement vers l'avant pour venir se placer à côté de l'extrémité de départ de la première spire et former ainsi le début de la deuxième spire. Ce décalage axial provoque la formation d'un interstice entre la fin de la première spire et la face avant du flasque arrière. L'une des spires de la deuxième couche du bobinage peut alors tomber dans cet interstice, ce qui provoque un décalage dans l'enroulement et un désordre dans le bobinage. Ce désordre est parfois tel qu'il est nécessaire de placer le bobinage avec son corps de bobine au rebut, ce qui augmente les coûts de fabrication. Pour éviter un tel désordre on peut diminuer la vitesse de l'enroulement mais on diminue alors la cadence de fabrication des roto r. Dans le but de remédier à ces inconvénients, l'invention propose un rotor de machine électrique tournante du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le corps de bobine comporte, dans l'arête intérieure, un bourrelet qui s'étend sur une portion angulaire de l'arête intérieure, et se termine avant l'orifice d'entrée, par rapport au sens de l'enroulement, l'aire de la section du bourrelet augmentant sensiblement régulièrement jusqu'à l'orifice d'entrée, de manière que la première spire se décale progressivement axialement vers l'avant pour éviter la formation d'un interstice entre la fin de la première spire et la face avant du flasque. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la section du bourrelet a sensiblement la forme d'un secteur de disque centré dans l'arête intérieure, et le rayon du disque augmente progressivement sur toute la longueur du bourrelet ; - le rayon final du disque est sensiblement égal au diamètre du fil conducteur ; - le bourrelet s'étend sur au moins la moitié de la circonférence de la jupe axiale ; - le bourrelet est réalisé par moulage avec le corps de bobine ; - la jupe axiale comporte un muret qui s'étend sur une portion angulaire de la jupe axiale, à partir de l'orifice d'entrée et dans le sens de l'enroulement, de manière à délimiter avec la face avant du flasque une gorge dont l'épaisseur axiale est sensiblement égale au diamètre du fil conducteur, en vue de retenir axialement le tronçon d'extrémité de la première spire contre la face avant du flasque ; - le muret comporte une face avant globalement d'orientation transversale et une face arrière inclinée vers la jupe axiale et vers l'arrière ; - le muret est réalisé par moulage avec le corps de bobine ; - les tronçons adjacents de fil conducteur formant le bobinage sont liés entre eux par un matériau de liaison, par exemple un polymère du type thermodurcissable, et le corps de bobine comporte un seul flasque agencé à l'arrière du bobinage et un tronçon de jupe axiale qui est interposé radialement entre un tronçon du noyau et un tronçon du bobinage ; - le corps de bobine est surmoulé sur le noyau. L'invention propose aussi un alternateur ou un alternateurdémarreur comportant un rotor selon l'une des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale qui représente schématiquement un rotor d'alternateur réalisé conformément aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective de trois quarts avant qui représente le corps de bobine du rotor de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue similaire à la précédente qui représente un détail du corps de bobine et qui représente partiellement le fil conducteur du bobinage de la figure 1 ; - la figure 4 est vue de face qui représente le corps de bobine de la figure 1 ; - les figures 5,6, 7 sont des vues partielles en coupe selon le plan de coupe A-A qui représentent le corps de bobine de la figure 1 et différents stades, dans l'ordre chronologique, de la réalisation de l'enroulement du fil conducteur sur la portion de jupe axiale comportant un muret selon l'invention ; - les figures 8,9, 10 sont des vues partielles en coupe selon le plan de coupe B-B qui représentent le corps de bobine de la figure 1 et différents stades, dans l'ordre chronologique, de la réalisation de l'enroulement du fil conducteur sur la portion de jupe axiale comportant un bourrelet selon l'invention. On a représenté de manière schématique à la figure 1 un rotor 10 appartenant par exemple à un alternateur de véhicule automobile. Le rotor 10 comporte un arbre d'entraînement 12 qui permet le montage du rotor 10 en rotation dans le stator d'alternateur (non représenté) supporté par des roulements 14. Un noyau 16 annulaire sensiblement cylindrique est monté solidaire à rotation sur le tronçon central de l'arbre d'entraînement 12 d'axe X-X, et il est serré axialement entre deux roues polaires 18,20. Dans la suite de la description on utilisera une orientation axiale X-X d'avant en arrière qui correspond à une orientation de gauche à droite en considérant la figure 1. Selon une conception connue, chacune des roues polaires 18,20 comporte une série de griffes ou dents 22, 24, qui sont par exemple au nombre de six pour chacune des roues polaires 18, 20, et qui sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe X-X commun aux roues polaires 18, 20 et à l'arbre d'entraînement 12. Chacune des dents 22,24 d'une roue polaire 18,20 s'étend axialement vers la roue polaire 18,20 en vis-à-vis, de manière que les dents 22,24 soient imbriquées les unes dans les autres et de-manière à délimiter radialement, avec la surface cylindrique externe 26 du noyau 16, un espace 28 dans lequel est agencé une bobine, ou bobinage 30. Pour plus de précisions, on se reportera au document EP-B-515.259 qui décrit également les autres constituants de l'alternateur. Le bobinage 30 est réalisé par l'enroulement en spires d'un fil conducteur électrique 32, tel qu'un fil de cuivre, de manière à former des couches Ci de fil conducteur 32 superposées radialement. La lettre i dans la référence Ci désigne le numéro d'ordre de la couche de fil conducteur 32 lorsque l'on se déplace radialement dans le bobinage 30, de l'intérieur vers l'extérieur. Dans la suite de la description, la première couche de fil conducteur 32, qui sera désignée par la référence C1 , est donc la couche radialement intérieure du bobinage 30. Le fil conducteur 32 est revêtu d'au moins une couche en matériau isolant électrique. Selon une conception connue, le bobinage électrique 30 est réalisé dans un corps de bobine 34 en matière plastique qui permet le guidage de l'enroulement du fil conducteur 32 et qui est fixé, par exemple par emmanchement à force, directement sur le noyau 16. Avantageusement, dans le mode de réalisation représenté ici, les tronçons adjacents de fil conducteur 32 sont liés entre eux par un matériau de liaison, par exemple un polymère du type thermodurcissable, de manière à former un ensemble rigide. On peut augmenter encore la puissance électrique en conformant le bobinage 30 du rotor 10. Plus précisément on effectue une mise en forme déterminée du bobinage 30 à l'aide d'un outillage de conformage, qui exerce, d'une part, un effort axial sur au moins une zone annulaire radiale du bobinage de façon à la déformer et à déterminer la dimension axiale du bobinage, et, d'autre part, un effort sur une face périphérique externe annulaire du bobinage 30 de façon à la conformer selon une forme convexe. Pour plus de précisions sur ce mode de réalisation du rotor, on se reportera à la demande de brevet français novo. 06853. Dans ce mode de réalisation, comme le bobinage 30 forme un ensemble rigide, on peut utiliser un corps de bobine 34 simplifié. De préférence, le corps de bobine 34 comporte donc un seul flasque transversal 36 annulaire à l'arrière du bobinage 30, et un tronçon de jupe axiale 38 qui s'étend vers l'avant, depuis le bord interne de la face avant du flasque 36. La face avant 44 du flasque 36 délimite une surface d'appui axial arrière pour le bobinage 30. La jupe axiale 38 est interposée radialement entre un tronçon de la première couche C1 du bobinage 30 et la surface axiale externe 26 du noyau 16. Le corps de bobine 34 permet notamment de tenir l'extrémité de départ 40 du fil conducteur 32, en particulier pendant l'enroulement du fil conducteur 32 autour du noyau 16, puis de tenir l'extrémité terminale 42 du fil conducteur à la fin de l'enroulement. On note que les deux extrémités 40,42 du fil conducteur 32 sont prévues pour être reliées électriquement à une source de courant électrique pendant le fonctionnement du rotor 10. Sur les figures 2 et 3 on a représenté le corps de bobine 34 en perspective. Le flasque 36 comporte dans sa face avant 44 une gouttière 46, ou rainure, qui s'étend globalement radialement vers l'extérieur jusqu'à son bord externe 48, en vue de recevoir un tronçon du fil conducteur 32. A l'extrémité externe de la gouttière 46, le flasque 36 comporte une première patte 50 qui s'étend sensiblement axialement vers l'arrière, depuis son bord externe 48, et qui comporte des moyens 52 pour la fixation de l'extrémité de départ 40 du fil conducteur 32. Le flasque 36 comporte aussi une deuxième patte 54, diamétralement opposée à la première, qui s'étend axialement vers l'arrière, depuis son bord externe 48, et qui comporte des moyens 56 pour la fixation de l'extrémité terminale 42 du fil conducteur 32. En vue de réaliser le bobinage 30, on monte le corps de bobine 34, par exemple à force, sur le tronçon d'extrémité axiale arrière du noyau 16. Comme on l'a représenté sur la figure 5, le noyau 16 comporte ici une surface d'épaulement 58 orientée vers l'arrière, et la jupe axiale 38 du corps de bobine 34 vient en appui axial vers l'avant contre cette surface d'épaulement 58. On passe ensuite l'extrémité de départ 40 du fil conducteur 32 dans la gouttière 46 et on fixe ladite extrémité 40 sur la première patte 50. Le fil conducteur 32 pénètre donc dans le bobinage 30 par l'extrémité interne de la gouttière 46, ou orifice d'entrée 60 du flasque 36, qui est réalisé au voisinage de l'arête intérieure 62 délimitée par l'intersection entre la jupe axiale 38 et la face avant 44 du flasque 36. La première spire S1 du fil conducteur 32 appartenant à la première couche C1 du bobinage 30 commence donc à hauteur de l'orifice d'entrée 60 et elle est enroulée sur la jupe axiale 38, contre la face avant 44 du flasque 36, dans le sens horaire en considérant la vue de face de la figure 4. L'enroulement du fil conducteur 32 est réalisé selon un procédé connu, par exemple au moyen d'un outil qui fait tourner le noyau 16 autour de son axe X-X. Conformément aux enseignements de l'invention, la jupe axiale 38 comporte un muret 64, représenté en coupe axiale sur la figure 5, qui s'étend sur une portion angulaire de la jupe axiale 38, à partir de l'orifice d'entrée 60 et dans le sens de l'enroulement, de manière à délimiter avec la face avant 44 du flasque 36 une gorge 66 dont l'épaisseur axiale est sensiblement égale au diamètre D du fil conducteur 32. De préférence, le muret 64 comporte une face avant 70 globalement d'orientation transversale et une face arrière 72 inclinée vers la jupe axiale 38 et vers l'arrière. La face arrière 72 est ici légèrement incurvée dans le sens concave selon un rayon de courbure sensiblement égal au rayon du fil conducteur 32, de manière que la face arrière 72 du muret 64 soit sensiblement complémentaire du fil conducteur 32. Avantageusement, le muret 64 est réalisé par moulage avec le corps de bobine 34. Le muret 64 permet de retenir axialement le tronçon d'extrémité 68 de la première spire S1 contre la face avant 44 du flasque 36 ce qui assure un enroulement fiable du fil conducteur 32 sur la jupe axiale 38. En considérant la figure 6 on constate que, grâce au muret 64, la spire S1 est enroulée au plus près de la face avant 44 du flasque 36, puis on continue d'enrouler le fil conducteur 32, les spires suivantes se décalant progressivement axialement vers l'avant, c'est à dire dans le sens de la flèche F1, pour former la première couche C1 du bobinage 30. En considérant la figure 7 on remarque que la deuxième spire S2 de la première couche C1 est adjacente à la première spire S1. De préférence, la hauteur du muret 64 est inférieure au rayon du fil conducteur 32, de manière que le muret 64 ne provoque pas un décalage axial vers l'avant de la deuxième spire S2 de la première couche C1. Les spires de la deuxième couche C2 du bobinage 30 sont agencées sur les spires de la première couche C1, en se décalant progressivement vers l'arrière, c'est à dire dans le sens de la flèche F2. L'enroulement du fil conducteur 32 se poursuit de manière analogue, les spires de chaque couche Ci se décalant alternativement vers l'avant ou vers l'arrière d'une couche Ci à la couche Ci adjacente. On note que, pendant l'enroulement, un flasque amovible (non représenté) est agencé à l'extrémité axiale avant du noyau 32, en vis-à-vis du flasque 36, en vue de retenir le bobinage 30 sur le noyau 32, tant que les tronçons adjacents du fil conducteur 32 ne sont pas liés entre eux de manière rigide. Conformément aux enseignements de l'invention, le corps de bobine 34 comporte, dans l'arête intérieure 62, un bourrelet 74 de guidage et de positionnement. Comme on le voit sur la figure 4, le bourrelet 74 s'étend sur une portion angulaire de l'arête intérieure 62, et se termine avant l'orifice d'entrée 60, par rapport au sens de l'enroulement. Le bourrelet 74 s'étend par exemple sur la moitié de la circonférence de la jupe axiale 38, c'est à dire que son extrémité de départ 76 est sensiblement diamétralement opposée à l'orifice d'entrée 60. L'aire de la section du bourrelet 74 augmente sensiblement régulièrement depuis l'extrémité de départ 76 jusqu'à l'orifice d'entrée 60. Sur la figure 8, on a représenté partiellement le corps de bobine 34 en coupe axiale, selon le plan de coupe B-B. On note que le plan de coupe B-B est situé après l'extrémité finale 78 du bourrelet 74, par rapport au sens d'enroulement, de sorte que le bourrelet 74 n'est pas représenté en coupe. Avantageusement, la section du bourrelet 74 a sensiblement la forme d'un secteur de disque de rayon R centré dans l'arête intérieure 62. Le rayon R du bourrelet 74 augmente progressivement sur toute la longueur du bourrelet 74, jusqu'à son extrémité finale 78 dont le rayon est sensiblement égal au diamètre D du fil conducteur 32. De préférence, le bourrelet 74 est réalisé par moulage avec le corps de bobine 34. Le bourrelet 74 permet de décaler progressivement axialement vers l'avant la première spire S1 de la première couche C1, de manière à éviter la formation d'un interstice entre le tronçon d'extrémité finale de la première spire S1 et la face avant 44 du flasque 36. Sur la figure 9 on a représenté en coupe le tronçon d'extrémité finale de la spire S1 qui est agencé contre le bourrelet 74. Sur la figure 9 le bourrelet 74 est représenté avec son rayon R maximal. Par conséquent, le tronçon d'extrémité finale de la spire S1 est décalé axialement vers l'avant, par rapport à la face avant 44 du flasque 36, d'une distance sensiblement égale au diamètre D du fil conducteur 32. Les spires de la première couche C1 sont agencés les unes contre les autres, en se décalant progressivement axialement vers l'avant, c'est à dire dans le sens de la flèche F1. Comme on peut le voir sur la figure 10, les spires de la deuxième couche C2 sont agencées les unes contre les autres, sur la première couche C1, en se décalant progressivement axialement vers l'arrière, c'est à dire dans le sens de la flèche F2, jusqu'à la face avant 44 du flasque 36. La dernière spire Sa de la deuxième couche C2 s'enroule sur la première couche C1, contre la face avant 44 du flasque 36, et elle repose, pour une portion de sa circonférence, sur le bourrelet 74. Grâce au bourrelet 74, il n'y a pas d'interstice axial entre la première spire S1 de la première couche C1 et la face avant 44 du flasque 36. La dernière spire Sa ne peut donc pas s'insérer entre la spire S1 et la face avant 44 du flasque 36 ce qui permet à la deuxième couche C2 d'être bien régulière Grâce au muret 64 et au bourrelet 74, la première spire S1 de la première couche C1 est toujours bien positionnée, de même que les spires de la deuxième couche C2, ce qui permet d'utiliser des vitesses élevées d'enroulement du fil conducteur 32, sans altérer la qualité de réalisation du bobinage 30. Bien avantageusement, le corps de bobine 34 peut être réalisé par surmoulage sur le noyau 16. Ce procédé de montage par surmoulage permet de s'affranchir des problèmes de tolérences et de cotes à respecter dans le cas d'un assemblage par montage du corps de bobine sur le noyau, tout en diminuant la quantité de matière utilisée pour le corps de bobine. Egalement, un corps de bobine surmoulé sur le noyau 16 améliore les échanges thermiques entre lesdits noyau et corps de bobine. REVENDICATIONS 1. Rotor (10) de machine électrique tournante comportant un noyau (16) sensiblement cylindrique sur lequel est réalisé un bobinage (30) par enroulement d'un fil conducteur (32) de manière à former des couches (Ci) de fil conducteur (32) superposées radialement, du type comprenant un corps de bobine (34) en matériau isolant électriquement qui comporte un flasque transversal arrière (36) annulaire et une jupe axiale (38) qui s'étend vers l'avant, depuis le bord interne de la face avant (44) du flasque (36), la jupe axiale (38) étant interposée radialement entre la première couche (C1) radialement intérieure du bobinage (30) et le noyau (16), et la face avant (44) du flasque arrière (36) délimitant une surface d'appui axial arrière pour le bobinage (30), du type dans lequel l'extrémité de départ du fil conducteur (32) est passée dans un orifice d'entrée (60) du flasque (36) qui est réalisé au voisinage de l'arête intérieure (62) délimitée par l'intersection entre la jupe axiale (38) et la face avant (44) du flasque (36), de manière que la première spire (S1) du fil conducteur (32) appartenant à la première couche (C1), qui suit l'extrémité de départ, soit enroulée sur la jupe axiale (38), contre la face avant (44) du flasque (36), caractérisé en ce que le corps de bobine (34) comporte, dans l'arête intérieure (62), un bourrelet (74) qui s'étend sur une portion angulaire de l'arête intérieure (62), et se termine avant l'orifice d'entrée (60), par rapport au sens de l'enroulement, l'aire de la section du bourrelet (74) augmentant sensiblement régulièrement jusqu'à l'orifice d'entrée (60), de manière que la première spire (S1) se décale progressivement axialement vers l'avant pour éviter la formation d'un interstice entre la fin de la première spire (S1) et la face avant (44) du flasque (36). 2. Rotor (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la section du bourrelet (74) a sensiblement la forme d'un secteur de disque centré dans l'arête intérieure (62), et en ce que le rayon (R) du disque augmente progressivement sur toute la longueur du bourrelet (74). 3. Rotor (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rayon (R) final du disque est sensiblement égal au diamètre (D) du fil conducteur (32). 4. Rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bourrelet (74) s'étend sur au moins la moitié de la circonférence de la jupe axiale (38). 5. Rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bourrelet (74) est réalisé par moulage avec le corps de bobine (34). 6. Rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la jupe axiale (38) comporte un muret (64) qui s'étend sur une portion angulaire de la jupe axiale (38), à partir de l'orifice d'entrée (60) et dans le sens de l'enroulement, de manière à délimiter avec la face avant (44) du flasque (36) une gorge (66) dont l'épaisseur axiale (E) est sensiblement égale au diamètre (D) du fil conducteur (32), en vue de retenir axialement le tronçon d'extrémité de la première spire (S1) contre la face avant (44) du flasque (36). 7. Rotor (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le muret (64) comporte une face avant (70) globalement d'orientation transversale et une face arrière (72) inclinée vers la jupe axiale (38) et vers l'arrière. 8. Rotor (10) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le muret (64) est réalisé par moulage avec le corps de bobine (34). 9. Rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tronçons adjacents de fil conducteur (32) formant le bobinage (30) sont liés entre eux par un matériau de liaison, par exemple un polymère du type thermodurcissable, et en ce que le corps de bobine (34) comporte un seul flasque (36) agencé à l'arrière du bobinage (30) et un tronçon de jupe axiale (38) qui est interposé radialement entre un tronçon du noyau (16) et un tronçon du bobinage (30). 10. Rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de bobine (34) est surmoulé sur le noyau (16). 11. Alternateur caractérisé en ce qu'il comporte un rotor (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Alternateur-démarreur caractérisé en ce qu'il comporte un rotor (10) selon l'une quelconque des revendications 1à 10.