Brevet FR2929463A1 — publié le 20091002

L'invention concerne un arbre de rotor d'une machine électrique tournante. La machine électrique tournante peut par exemple être un démarreur, un alternateur, ou un alterno-démarreur pour véhicule automobile. Une telle machine électrique tournante comporte un rotor pouvant tourner autour d'un axe longitudinal de manière à entraîner un arbre de rotor lorsque cette machine fonctionne. Cet arbre de rotor est pourvu, d'une part, à l'avant, d'un pignon d'induit permettant de transmettre un mouvement de rotation notamment à un organe d'entraînement d'un moteur à combustion, et, d'autre part, à l'arrière, d'un collecteur comprenant des pièces de contact connectées électriquement à un bobinage du rotor et à des balais. Ces balais sont prévus pour être mis en contact avec le collecteur en vue d'alimenter électriquement le bobinage. Il en découle que pour assurer à la fois la transmission du mouvement de rotation indiqué ci-dessus, et un contact satisfaisant entre les balais et le collecteur, l'arbre de rotor doit être correctement aligné et centré, notamment avec le réducteur de vitesses. Pour cela, l'arbre de rotor comporte un organe de portée, dit aussi portée d'arbre, inséré dans une bague de portée, cette bague étant configurée dans le réducteur de vitesses. L'inconvénient de cette solution est que l'organe de portée est soumis à des frottements dans la bague de portée lorsque l'arbre de rotor est en rotation. Il en découle que l'organe de portée décrit ci-dessus s'use lorsque la machine électrique tournante fonctionne, ce qui entraîne une variation, notamment décroissante, du diamètre de cet organe de portée. Cette variation a pour effet de déplacer légèrement radialement l'arbre de rotor dans la machine électrique tournante. Il existe un besoin pour remédier aux inconvénients précités. L'invention a ainsi pour objet un arbre de rotor d'une machine électrique tournante, l'arbre de rotor comportant: - une portion longitudinale sur laquelle est montée un rotor, cette portion longitudinale étant entraînée en rotation par le rotor autour d'un axe longitudinal, - deux extrémités, et - deux organes de portée aptes à centrer et maintenir l'arbre de rotor dans la machine électrique tournante. Conformément à l'invention, l'arbre de rotor est formé en au moins deux parties dont une au moins est formée par un organe de portée situé à une des extrémités de l'arbre de rotor. Autrement dit, selon l'invention, au moins un organe de portée est rapporté à une des extrémités de l'arbre de rotor. On entend par "rapporté" ce qui a été ajouté sur quelque chose. Dans ce cas, l'organe de portée, qui est une pièce indépendante, est ajouté à une extrémité de l'arbre de rotor. Grâce à l'invention, l'arbre de rotor est composé d'au moins deux parties dont au moins un organe de portée présentant une dureté adaptée à son utilisation, permettant de satisfaire aux contraintes de frottements auxquelles cet organe de portée est soumis. Par exemple, avant que l'organe de portée soit rapporté à une extrémité de l'arbre de rotor, cet organe peut subir un traitement thermique, notamment par induction, de manière à lui conférer une dureté satisfaisante et sensiblement homogène sur toute la longueur dudit organe de portée suivant l'axe longitudinal, et sur la circonférence extérieure dudit organe. Avantageusement, cela permet à l'organe de portée de se maintenir dans une position de centrage satisfaisante tout au long de la vie de la machine électrique tournante. De préférence, l'extrémité de l'arbre de rotor comporte un évidement dans lequel l'organe de portée est inséré. Cet évidement est suffisamment long pour que l'organe de portée puisse y être inséré sans qu'il y ait un risque que l'organe de portée se retire de l'évidement. En outre, l'organe de portée peut présenter un diamètre légèrement supérieur au diamètre de l'évidement de l'extrémité de l'arbre de rotor. Ainsi, la solidarisation de l'organe de portée et de l'extrémité de l'arbre de rotor peut être réalisée par une étape d'emmanchement à force. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'arbre de rotor peut comporter un pignon d'induit apte à être monté sur une extrémité de l'arbre de rotor. Avantageusement, le pignon d'induit peut présenter des renfoncements sur une circonférence intérieur dudit pignon d'induit aptes à recevoir au moins partiellement une portion de l'extrémité de l'arbre de rotor. De préférence, cette portion de l'extrémité de l'arbre de rotor est apte à être déformée lorsque l'organe de portée est inséré à l'extrémité de l'arbre de rotor. Les renfoncements peuvent par exemple être formés par des cannelures. En variante, les renfoncements peuvent présenter toute autre forme appropriée. Grâce à l'invention, l'insertion de l'organe de portée à l'extrémité de l'arbre de rotor, notamment dans un évidement de ladite extrémité, permet de solidariser en translation et en rotation le pignon d'induit, l'organe de portée, et l'extrémité de l'arbre de rotor. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, 20 notamment un démarreur pour véhicule automobile, pouvant comporter un rotor avec un arbre de rotor tel que décrit précédemment. Le démarreur peut ou non comporter un réducteur de vitesses. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un arbre de rotor d'une machine électrique tournante, le procédé comportant une étape 25 d'assemblage mécanique d'au moins un organe de portée dans un évidement d'une extrémité de l'arbre de rotor de manière à solidariser l'organe de portée et l'extrémité de l'arbre de rotor. L'invention permet, de manière avantageuse, d'utiliser un organe de portée présentant une dureté satisfaisante au regard des contraintes de frottements 30 auxquelles il est soumis. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le procédé peut comporter les étapes de montage d'un pignon d'induit à une extrémité de l'arbre de rotor, et d'assemblage mécanique d'un organe de portée dans l'évidement de l'extrémité de l'arbre de rotor sur laquelle est monté le pignon d'induit, de manière à solidariser le pignon d'induit, l'organe de portée et l'extrémité de l'arbre de rotor. Avantageusement, cela permet de réaliser, en une seule opération d'assemblage mécanique, la solidarisation du pignon d'induit, de l'organe de portée et de l'extrémité de l'arbre de rotor. De préférence, le procédé peut comporter une étape d'assemblage par emmanchement à force d'au moins un organe de portée dans un évidement de l'extrémité de l'arbre de rotor. Ce procédé d'assemblage a l'avantage d'être simple à mettre en oeuvre et peu coûteux. Toutefois, l'étape d'assemblage par emmanchement à force n'est pas limitative, d'autres types d'assemblage mécanique peuvent être prévus. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs d'un démarreur selon l'invention, et à l'examen des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une machine électrique tournante conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, l'arbre de rotor de la machine de la figure 1, - les figures 3 et 4 représentent, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, des arbres de rotor conformes à d'autres modes de réalisation de l'invention, - les figures 5 et 6 représentent, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, un arbre de rotor conforme à un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 7 représente, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, un arbre de rotor conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante formant un démarreur 1 de véhicule automobile. Ce démarreur 1 comprend, d'une part, un rotor 2, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe longitudinal X de manière à entraîner un arbre de rotor 6, et d'autre part, un stator 3, encore appelé inducteur, monté autour du rotor 2. L'arbre de rotor 6 est partiellement inséré, à l'arrière, dans une bague de portée arrière 11, cette bague de portée arrière 11 étant fixée à un capot 16 du démarreur 1. Ceci permet notamment d'assurer le maintien de l'arbre de rotor 6 dans le démarreur 1. Le stator 3 comporte une culasse 4 portant une pluralité d'aimants permanents 5. En variante, le stator peut être formé par un bobinage comportant des pluralités de fils conducteurs. Le rotor 2 comporte un corps de rotor 7 disposé au droit des aimants 5 du stator 3, et un bobinage 8 enroulé dans des encoches du corps de rotor 7. Le bobinage 8 comporte une pluralité de fils conducteurs formant, de part et d'autre du corps de rotor 7, un chignon avant 9 et un chignon arrière 10. Le rotor 2 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 12 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement au bobinage 8. Un groupe de balais 13 et 14 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage 8, l'un des balais 13 étant relié à la masse du dispositif 1 et un autre des balais 14 étant relié à une borne électrique 15 d'un contacteur 17. Les balais 13 et 14 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation. Le contacteur 17 comprend, outre la borne 15 reliée au balai 14, une borne 29 reliée à une alimentation électrique du véhicule, notamment une batterie, non représentée. Le contacteur 17 est apte à actionner une fourchette 27 pour déplacer un ensemble lanceur 19 d'une position de repos dans laquelle l'ensemble lanceur 19 est situé à proximité du rotor 2 vers une position d'entraînement du moteur à combustion. L'ensemble lanceur 19 comprend une roue libre 22 et une rondelle poulie 23 définissant entre elles une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 de la fourchette 27. L'ensemble lanceur 19 est monté de manière coulissante et rotative sur un arbre d'entraînement 18. L'ensemble lanceur 19 comporte en outre un élément d'entraînement formé par un pignon denté 21 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement du moteur à combustion, non représenté. Cet organe d'entraînement est par exemple une couronne. Un réducteur de vitesses 20 est interposé entre le rotor 2 et l'arbre d'entraînement 18 de manière à adapter la vitesse du rotor 2 à l'entraînement du moteur à combustion. En variante, l'élément et l'organe d'entraînement peuvent être formés par des poulies. Le réducteur de vitesses 20 est entraîné en rotation par l'arbre de rotor 6. Pour cela, l'arbre de rotor 6 est partiellement inséré, à l'avant, dans une bague de portée avant (non représentée) du réducteur de vitesses 20, ce qui permet en outre d'assurer le centrage de l'arbre de rotor 6 avec le réducteur de vitesses 20. Ce réducteur de vitesses 20 comporte un ensemble comprenant une couronne dentée dans laquelle sont disposés des pignons solaires et satellites, de manière connu en soi. Comme illustrée à la figure 2, l'arbre de rotor 6 comporte, à une extrémité arrière 40, un premier palier formant un organe de portée arrière 30 de l'arbre. Cet organe de portée arrière 30 est apte à être inséré dans la bague de portée arrière 11 fixée au capot 16 du démarreur 1 de la figure 1. L'arbre de rotor 6 comporte un second palier 31 sur lequel est monté le collecteur 12. L'arbre de rotor 6 comprend en outre un troisième palier formant une portion longitudinale 32 autour de laquelle est monté le corps de rotor 7. De plus, l'arbre de rotor 6 comporte un quatrième palier sur lequel est formé un pignon d'induit 33 apte à transmettre un mouvement de rotation au réducteur de vitesses 20. L'arbre de rotor 6 présente un évidement 35 débouchant à une extrémité avant 34. Dans l'exemple décrit, l'évidement 35 est réalisé dans le pignon d'induit 33. A son extrémité avant 34, l'arbre de rotor 6 comporte un organe de portée avant 37 inséré dans l'évidement 35. L'évidement 35 a une longueur suffisante pour recevoir partiellement l'organe 10 de portée avant 37 de manière à ce que ce dernier ne puisse pas se retirer de l'évidement 35. En outre, l'évidement 35 présente avantageusement un diamètre dl légèrement inférieur au diamètre d2 de l'organe de portée avant 37, de manière à être solidarisé avec cet organe de portée avant 37. 15 L'organe de portée avant 37 est emmanché à force dans l'évidement 35. Cet organe de portée avant 37 est donc rapporté, ce qui lui permet d'avoir une dureté élevée palliant au problèmes cités précédemment, notamment liés aux forces de frottements lorsque le rotor 2 est en rotation. Ainsi, l'arbre de rotor 6, grâce aux organes de portée avant 37 et arrière 30, 20 reste centré de manière satisfaisante durant la vie du démarreur 1. Il en découle que la transmission du mouvement de rotation indiqué ci-dessus, et le contact entre les balais 13 et 14 et le collecteur 12, sont correctement assurés. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, comme illustré à la figure 3, 25 un arbre de rotor 6a comporte, à l'arrière, un organe de portée arrière 30a. Cet organe de portée arrière 30a est inséré partiellement dans un évidement 41 a disposé à une extrémité arrière 40a de l'arbre de rotor 6a. Cet évidement 41a est configuré dans un palier 31a sur lequel est monté le collecteur 12. L'évidement 41a a une longueur suffisante pour que l'organe de portée arrière 30a ne puisse pas se retirer de l'évidement 41 a lorsque l'arbre de rotor 6a est en rotation. De préférence, l'évidement 41a présente un diamètre d3 légèrement inférieur au diamètre d4 de l'organe de portée arrière 30a, de manière à solidariser cet organe de portée arrière 30a dans l'évidement 41 a, à l'extrémité arrière 40a. En effet, l'organe de portée arrière 30a est emmanché à force dans l'évidement 41a. L'arbre de rotor 6a comprend en outre une portion longitudinale 32a sur laquelle est monté le rotor 2. De plus, l'arbre de rotor 6a comporte un autre palier formé par un pignon d'induit 33a. Et l'arbre de rotor 6a comprend un organe de portée avant 37a formant un dernier palier dudit arbre de rotor 6a. Dans les exemples qui viennent d'être décrits, l'arbre de rotor 6 est formé par deux parties dont une partie étant formée par l'organe de portée avant ou arrière. L'arbre de rotor peut être formé par plus de deux parties. Par exemple, en référence à la figure 4, un arbre de rotor 6b comporte, à l'arrière, un organe de portée arrière 30b. Cet organe de portée arrière 30b est inséré partiellement dans un évidement 41 b disposé à une extrémité arrière 40b de l'arbre de rotor 6b. Cet évidement 41b est configuré dans un palier 31 b sur lequel est monté le collecteur 12. L'arbre de rotor 6b comprend en outre une portion longitudinale 32b sur laquelle est monté le rotor 2. De plus, l'arbre de rotor 6b comporte un autre palier formé par un pignon d'induit 33b. Ce pignon d'induit 33b comprend, à une extrémité avant 34b, un évidement 35b apte à recevoir, par insertion par emmanchement à force, un organe de portée 30 avant 37b. Les évidements 41 b et 35b présentent une longueur suffisante pour que les organes de portée arrière et avant, respectivement 30b et 37b, ne puissent pas se retirer des évidements respectifs 41 b et 35b, lorsque l'arbre de rotor 6c est en rotation. En outre, les évidements 35b et 41 b présentent des diamètres légèrement inférieurs aux diamètres des organes de portée 37b et 30b respectifs, de manière à solidariser ces organes de portée avant et arrière 37b et 30b, respectivement dans les évidements 35b et 41b, grâce à deux opérations d'emmanchement à force. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, l'arbre de rotor 6b est formé en trois parties, dont deux parties sont formées par les organes de portée avant 37b et arrière 30b. En variante, comme illustré aux figures 5 et 6, un arbre de rotor 6c comporte, à une extrémité avant 34c, un palier avant 55c sur lequel est monté un pignon d'induit 33c. Ce palier avant 55c présente un évidement 35c. Le pignon d'induit 33c comprend une pluralité de renfoncements 56c, notamment des cannelures, sur une circonférence intérieure 57c de ce pignon d'induit 33c. A son extrémité avant 34c, l'arbre de rotor 6c comporte en outre un organe de portée avant 37c apte à être inséré dans l'évidement 35c, comme illustré à la figure 5. L'évidement 35c a une longueur suffisante pour recevoir partiellement l'organe de portée avant 37c de manière à ce que ce dernier ne puisse pas se retirer de l'évidement 35c. L'évidement 35c présente un diamètre d7 légèrement inférieur au diamètre d8 de l'organe de portée avant 37c. Lors de l'insertion, notamment par emmanchement à force, de l'organe de portée avant 37c dans l'évidement 35c, le palier avant 55c est partiellement déformé, et les renfoncements 56c du pignon d'induit reçoivent partiellement le palier avant 55c déformé. Comme illustré à la figure 6, l'organe de portée avant 37c est ainsi solidarisé avec l'extrémité avant 34c. En variante, en référence à la figure 7, un arbre de rotor 6d comprend, à l'arrière, un organe de portée arrière 30d inséré dans un évidement 41d débouchant à une extrémité arrière 40d. Cet évidement 41d est réalisé dans un palier arrière 31d sur lequel est monté le collecteur 12. L'arbre de rotor 6d comporte en outre une portion longitudinal 32d autour de laquelle est monté le corps de rotor 7. De plus, l'arbre de rotor 6d comprend un palier avant 55d sur lequel est monté un pignon d'induit 33d. Ce palier avant 55d présente un évidement 35d. Le pignon d'induit 33d comprend une pluralité de renfoncements (non représentés), notamment des cannelures, sur une circonférence intérieure 57d de ce pignon d'induit 33d. A son extrémité avant 34d, l'arbre de rotor 6d comporte en outre un organe de portée avant 37d inséré dans l'évidement 35d. Dans l'exemple décrit, les évidements 41d et 35d présentent une longueur suffisante pour que les organes de portée arrière et avant, respectivement 30d et 37d, ne puissent pas se retirer de ces évidements, lorsque l'arbre de rotor 6d est en rotation. En outre, les évidements 35d et 41d présentent des diamètres légèrement inférieurs aux diamètres des organes de portée 37d et 30d respectifs, de manière à solidariser ces organes de portée avant et arrière 37d et 30d, respectivement dans les évidements 35d et 41d, grâce à deux opérations d'emmanchement à force. Avantageusement, l'exemple décrit à la figure 7 permet d'utiliser des organes de portées avant et arrière 37d et 30d présentant une dureté satisfaisante, et un pignon d'induit 42d pouvant présenter un diamètre extérieur supérieur au diamètre de la portion longitudinale 32d, de manière notamment à pouvoir entraîner un réducteur de vitesses 20 ayant un rapport de réduction faible. L'assemblage du pignon d'induit 33d, de l'organe de portée avant 37d, et du palier avant 55d est réalisé de la même manière qu'au mode de réalisation de l'invention illustré aux figures 5 et 6. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Par exemple, il est possible d'avoir un démarreur ne comportant pas de réducteurs de vitesses, ce démarreur étant appelé à entraînement direct. Le cas échéant, il est possible d'avoir un organe de portée avant apte à être partiellement inséré dans une bague de portée avant, cette bague étant fixée dans un support, et ce support étant disposé à l'avant du démarreur. Revendications1. Arbre de rotor (6; 6a) d'une machine électrique tournante (1), l'arbre de rotor (6; 6a) comportant: - une portion longitudinale (32; 32a) sur laquelle est montée un rotor (2), cette portion longitudinale (32; 32a) étant entraînée en rotation par le rotor (6; 6a) autour d'un axe longitudinal (X), - deux extrémités (34; 34a; 40; 40a), et - deux organes de portée (30; 30a; 37; 37a) aptes à centrer et maintenir l'arbre de rotor (6; 6a) dans la machine électrique tournante (1), l'arbre de rotor (6; 6a) étant caractérisé par le fait qu'il est formé en au moins deux parties dont une au moins est formée par un organe de portée (37; 41a) situé à une des extrémités (34; 40a) de l'arbre de rotor (6). 2. Arbre (6, 6a) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'extrémité (34; 40a) de l'arbre de rotor (6; 6a) comporte un évidement (35; 41 a) dans lequel l'organe de portée (37; 30a) est inséré. 3. Arbre (6; 6a) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'organe de portée (37; 30a) présente un diamètre (d2; d4) légèrement supérieur au diamètre (d1; d3) de l'évidement (35; 41a) de l'extrémité (34; 40a) de l'arbre de rotor (6; 6a). 4. Arbre (6c) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un pignon d'induit (33c) apte à être monté sur une extrémité (34c) de l'arbre de rotor (6c). 25 30 5. Arbre (6c) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que lepignon d'induit (33c) présente des renfoncements (56c) sur une circonférence intérieur (57c) dudit pignon d'induit (33c) aptes à recevoir au moins partiellement une portion (55c) de l'arbre de rotor (6c). 6. Arbre (6c) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la portion (55c) de l'arbre de rotor (6c) est apte à être déformée lorsque l'organe de portée (37c) est inséré à l'extrémité (34c) de l'arbre de rotor (6c). 7. Machine électrique tournante (1), notamment un démarreur pour véhicule automobile, comportant un rotor (2) avec un arbre de rotor (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Procédé de fabrication d'un arbre de rotor (6; 6a) d'une machine électrique tournante (1), caractérisé par le fait que le procédé comporte une étape: - d'assemblage mécanique d'au moins un organe de portée (37; 30a) dans un évidement (35; 41a) d'une extrémité (34; 40a) de l'arbre de rotor (6; 6a) de manière à solidariser l'organe de portée (37; 30a) et l'extrémité (34; 40a) de l'arbre de rotor (6; 6a). 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le procédé comporte des étapes: - de montage d'un pignon d'induit (33c) à une extrémité (34c) de l'arbre de rotor (6c), et - d'assemblage mécanique d'un organe de portée (37c) dans l'évidement (35c) de l'extrémité (34c) de l'arbre de rotor (6c) sur laquelle est monté le pignon d'induit (33c), de manière à solidariser le pignon d'induit (33c), l'organe de portée (37c) et l'extrémité (34c) de l'arbre de rotor (6c). 10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait qu'ilcomporte une étape d'assemblage par emmanchement à force d'au moins un organe de portée (37; 40a; 37c) dans un évidement (35; 41a; 35c) de l'extrémité (34; 40a; 34c) de l'arbre de rotor (6; 6a; 6c).