Brevet FR2923662A1 — publié le 20090515

L'invention concerne une machine électrique tournante, par exemple un démarreur pour véhicule automobile, et un procédé de fabrication d'une telle machine. Les demandes de brevet FR 2 708 398, FR 2 721 769 et FR 2 875 068 décrivent différents procédés de fabrication de rotor de démarreur pour véhicule automobile. Ces procédés connus comportent une étape d'écrasement des fils dans des encoches du rotor et/ou une étape de sertissage du rotor pour former des dents. Tous ces procédés comportent en outre une étape d'imprégnation des fils conducteurs avec un vernis pour assurer l'immobilisation des fils dans les encoches en créant une adhérence entre ces fils. L'imprégnation du rotor avec un vernis peut s'avérer problématique, notamment du fait des installations industrielles nécessaires, et du temps relativement long de l'opération. De plus, le vernis peut présenter l'inconvénient de réduire les capacités d'échange thermique du rotor. Il existe un besoin pour remédier aux inconvénients précités. La présente invention a ainsi pour objet une machine électrique tournante, notamment un démarreur pour véhicule automobile, comportant: - un stator, - un rotor agencé de manière à pouvoir tourner dans le stator autour d'un axe longitudinal, - au moins un bobinage comprenant des segments conducteurs, - une pluralité d'encoches formées sur l'un du stator et du rotor s'étendant sensiblement suivant l'axe longitudinal, présentant chacune un fond, l'une au moins des encoches recevant au moins un segment conducteur du bobinage, caractérisée par le fait que ledit au moins un segment conducteur est en appui contre le fond de l'encoche et présente une déformation par écrasement qui est suffisante pour assurer son maintien dans l'encoche lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante. Grâce à l'invention, durant la vie de la machine électrique, les segments conducteurs peuvent être maintenus dans les encoches correspondantes sans moyen supplémentaire autre que leur écrasement. En particulier, la machine électrique peut avantageusement être dépourvue de vernis déposé au contact des segments conducteurs dans les encoches, après montage du rotor dans le stator. L'invention permet ainsi d'éviter des opérations d'imprégnation du rotor avec un vernis, ce qui simplifie la fabrication du rotor, sans altérer les capacités d'échange thermique de celui-ci. En particulier, l'énergie utile pour la fabrication du rotor peut être réduite, ce qui permet de diminuer l'empreinte CO2 du rotor conformément à un souci de respect de l'environnement. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'une au moins des encoches reçoit au moins deux segments conducteurs, notamment alignés sensiblement suivant un rayon du rotor. Par exemple, chaque encoche peut recevoir quatre segments conducteurs alignés suivant un rayon du rotor. En variante, au moins deux segments conducteurs dans une même encoche peuvent être alignés sensiblement suivant une circonférence du rotor. De préférence, chaque segment conducteur présente une section transversale allongée suivant une circonférence du rotor, cette forme étant conférée lors de l'écrasement du segment conducteur. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, chaque segment conducteur peut présenter, avant déformation par écrasement, une section transversale circulaire, voire ovale. Cette section transversale circulaire se retrouve sur les chignons du bobinage. Le bobinage est par exemple formé par un ou plusieurs fils. En variante, chaque segment conducteur peut présenter, avant écrasement, une section transversale polygonale, notamment rectangulaire ou carrée. On appelle "taux d'écrasement" d'un segment conducteur le rapport entre l'épaisseur de ce segment après écrasement et celle avant écrasement. On appelle "rapport de forme" d'un segment conducteur le rapport entre l'épaisseur de ce segment conducteur et sa largeur. L'un au moins des segments conducteurs, notamment tous les segments conducteurs dans les encoches, présente(nt) avantageusement un taux d'écrasement compris dans l'intervalle [0,6 ; 1[, notamment dans l'intervalle [0,7 ; 0,9], notamment encore dans l'intervalle [0,75 ; 0,85]. De préférence, l'un au moins des segments conducteurs, notamment tous les segments conducteurs dans les encoches, présente(nt) un rapport de forme compris dans l'intervalle [0, 66 ; 1[, notamment dans l'intervalle [0,68 ; 0,84], notamment encore dans l'intervalle [0,7 ; 0,75]. En particulier, le rapport de forme peut être sensiblement égal à 0,71. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les encoches peuvent comporter chacune une ouverture longitudinale opposée au fond, et l'une au moins des encoches peut comporter un espace libre s'étendant entre le segment conducteur le plus proche de l'ouverture de l'encoche et l'ouverture elle-même, cet espace libre étant ménagé lors de l'écrasement du ou des segment(s) conducteur(s) dans l'encoche. De préférence, la profondeur de l'espace libre est comprise dans l'intervalle [0,1 mm ; 2mm]. Si on le souhaite, la profondeur de l'espace libre de l'encoche est sensiblement nulle. Avantageusement, l'une au moins des encoches, notamment toutes les encoches, présente(nt) un taux de remplissage, défini comme le rapport entre la section occupée par les segments conducteurs dans une encoche et la section de l'encoche à vide, compris dans l'intervalle [60% ; 98%], notamment dans l'intervalle [70% ; 95%], notamment encore dans l'intervalle [75% ; 92%]. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les encoches peuvent être formées sur un corps, notamment un corps de rotor, et le corps peut comporter au moins une dent faisant saillie dans l'une des encoches, cette dent permettant de maintenir les segments conducteurs en place dans l'encoche. En particulier, la dent peut s'étendre au moins partiellement dans l'espace libre de l'encoche. Le corps du rotor peut comporter une rainure longitudinale s'étendant au dessus de la dent, cette rainure étant prévue initialement pour faciliter la déformation du corps de rotor en vue de former cette dent. Le fond de chaque encoche peut présenter en section transversale une forme concave de concavité dirigée vers l'intérieur de l'encoche, cette forme étant sensiblement complémentaire de celle des segments conducteurs. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'une au moins des encoches peut comporter deux parois longitudinales sensiblement planes en regard. En variante, l'une au moins des encoches peut comporter deux parois longitudinales en regard, ces parois présentant des formes en creux et en relief permettant notamment d'améliorer le maintien des segments conducteurs dans l'encoche. La machine électrique peut comporter au moins une feuille isolante intercalée entre au moins un segment conducteur et une paroi de l'encoche. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une machine électrique tournante telle que définie ci-dessus, le procédé comportant les étapes suivantes: a/ insérer au moins un segment conducteur dans chaque encoche, et b/ appliquer un effort d'écrasement suffisant sur ce segment conducteur pour lui conférer une déformation permettant son maintien dans l'encoche lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante. Le procédé peut comporter en outre l'étape suivante: c/ sertir localement le corps du rotor afin de former sur ce corps une ou plusieurs dents faisant saillie dans l'encoche, notamment à l'aide d'un poinçon. Le cas échéant, les étapes b/ et c/ peuvent être concomitantes. En variante, l'étape b/ précède l'étape c/. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel: - 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, de manière isolée, le rotor de la machine de la figure 1, -la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale suivant III - III, le rotor de la figure 2, - la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale, un segment conducteur de la machine de la figure 1, avant écrasement, - la figure 5 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale suivant V - V, le rotor de la figure 2, - la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale, un rotor d'une machine électrique selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 7 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale, un rotor d'une machine électrique selon encore un autre exemple de mise en oeuvre 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, et d'autre part, un stator 3, encore appelé inducteur, autour du rotor 2. Le démarreur 1 présente une puissance électrique de 1 kW. Le stator 3 comporte une culasse 4 portant une pluralité d'aimants permanents 5. 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 démarreur 1 peut être du type six pôles aimants par exemple. En variante, le stator peut comporter un bobinage à la place des aimants. 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 via un fil 16. Les balais sont par exemple au nombre de quatre. Les balais 13 et 14 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation. Le démarreur 1 comporte en outre un ensemble lanceur 19 monté de manière coulissante sur un arbre d'entraînement 18 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 2. Un ensemble réducteur de vitesses 20 est interposé entre le rotor 2 et l'arbre d'entraînement 18, de manière connue en soi. L'ensemble lanceur 19 comporte un élément d'entraînement formé par une poulie 21 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement du moteur à 25 combustion, non représenté. Cet organe d'entraînement est par exemple une courroie. La poulie 21 peut être remplacée par un élément d'engrenage, notamment une roue dentée, pour entraîner le moteur à combustion. L'ensemble lanceur 19 comprend en outre une roue libre 22 et une rondelle poulie 23 définissant entre elles une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 d'une fourchette 27. Cette fourchette 27 est actionnée par le contacteur 17 pour déplacer l'ensemble lanceur 19 par rapport à l'arbre d'entraînement 18, suivant l'axe X, de manière connue en soi. Le contacteur 17 comprend, outre la borne 15 reliée au balai 14, une borne 29 reliée via un élément de liaison électrique, notamment un fil 30, à une alimentation électrique du véhicule, notamment une batterie, non représentée. On va maintenant décrire en référence aux figures 2 à 5 le rotor 2 plus en détails. Comme illustré sur la figure 3, le corps du rotor 7 comporte une pluralité d'encoches 40 s'étendant suivant l'axe X, chaque encoche 40 présentant un fond 41, deux parois longitudinales 42 et 43 sensiblement planes en regard et une ouverture longitudinale 44 opposée au fond 41. Le fond 41 de chaque encoche 40 présente en section transversale une forme concave de concavité dirigée vers l'intérieur de l'encoche 40. Chaque encoche 40 comporte en outre au moins une feuille isolante 34 intercalée entre les segments conducteurs 11 insérés dans l'encoche 40 et les parois 42 et 43. Cette feuille isolante 34 s'étend, d'une part, le long des parois 42 et 43 et sur le fond 41, et, d'autre part, sur une périphérie extérieure 28 du corps de rotor 7. Dans l'exemple décrit, chaque encoche 40 reçoit quatre segments conducteurs 11 du bobinage 8 alignés sensiblement suivant un rayon du rotor 2. Les segments conducteurs 11 sont formés par des portions de fils du bobinage 8, lesquels fils comportent une âme conductrice 31 et une gaine isolante 32, par exemple en émail. Les segments conducteurs 11 sont mis en place dans les encoches correspondantes 40 de la manière suivante. Ces segments conducteurs 11, initialement formés par des portions de fils de section transversale circulaire, comme illustré à la figure 4, sont placés dans les encoches correspondantes 40. Puis à l'aide d'un outil 50 muni d'un poinçon central 51, il est procédé à 5 l'écrasement des segments conducteurs 11 dans chacune des encoches 40, comme on peut le voir sur la figure 5. Le poinçon central 51 est agencé pour occuper toute la longueur de l'encoche 40 lorsqu'il est introduit dans celle-ci. L'effort d'écrasement est choisi de manière à ce que la déformation subie par 10 les segments conducteurs 11 dans l'encoche 40 correspondante suffise à les maintenir en place lors du fonctionnement normal de la machine électrique. L'outil 50 comprend en outre des poinçons latéraux 52 afin de générer, lors de l'écrasement des segments conducteurs 11, une déformation du corps de rotor 7 en vue de créer localement des dents 46, dans chaque encoche 40, qui viennent 15 en appui sur le segment conducteur 11 le plus radialement extérieur. Dans l'exemple décrit, les poinçons latéraux 52 sont liés au poinçon central 51. En variante, les poinçons latéraux 52 peuvent être agencés pour pouvoir coulisser par rapport au poinçon central 51. Ces dents 46 assurent un maintien renforcé des segments conducteurs 11 20 dans l'encoche correspondante 40. Afin de faciliter la formation des dents 46 lors du sertissage à l'aide des poinçons latéraux 52, le corps de rotor 7 est pourvu initialement de rainures longitudinales 47 créant des zones de déformation préférentielle. Ces rainures 47 sont présentes après le sertissage et localisées 25 immédiatement au dessus des dents 47. Comme illustré aux figures 2 et 3, le rotor 2 est dépourvu de vernis déposé au contact des segments conducteurs 11 dans les encoches 40, après montage du rotor 2 dans le stator 3. Le procédé ne nécessite pas l'imprégnation des segments conducteurs par un 30 vernis. Comme illustré sur les figures 3 et 5, chaque segment conducteur 11 présente, après écrasement, une section transversale allongée suivant une circonférence du rotor 2. On note "e" l'épaisseur d'un segment conducteur 11 mesurée suivant un axe radial Y et "I" sa largeur mesurée suivant un axe Z perpendiculaire à l'axe Y, les axes Y et Z étant contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe X. On définit le rapport de forme (el) comme le rapport entre l'épaisseur e et la largeur I d'un segment conducteur 11. Dans l'exemple décrit, les segments conducteurs 11 insérés dans les encoches 10 40 présentent un rapport de forme sensiblement égal à 0,7. Comme illustré sur la figure 4, chaque segment conducteur 11 présente, avant écrasement, une section circulaire définissant une épaisseur initiale que l'on note äe ä 0 Le rapport entre l'épaisseur e d'un segment conducteur 11, après son 15 écrasement, et son épaisseur initiale eo, définit un taux d'écrasement (e/eo) de ce segment conducteur 11. Dans l'exemple décrit, les segments conducteurs 11 insérés dans les encoches 40 présentent un taux d'écrasement compris dans un intervalle [0,75 ; 0,9]. Chaque encoche 40 comporte un espace libre 45 s'étendant entre le segment 20 conducteur 11 le plus proche de l'ouverture de l'encoche 44 et l'ouverture 44 elle- même, l'espace libre 45 présentant une profondeur p mesurée suivant l'axe Y. La profondeur p est choisie sensiblement égale à 1,6mm. Chaque encoche 40 présente un taux de remplissage, défini comme le rapport entre la section occupée par les segments conducteurs 11 dans une encoche 40 et 25 la section de l'encoche 40 à vide, compris dans un intervalle [65%, 80%]. Dans l'exemple de mise en oeuvre de l'invention, le rotor de la machine électrique présente les caractéristiques suivantes: - épaisseur initiale d'un segment conducteur eo = 2mm; - épaisseur d'un segment conducteur après écrasement e = 1,57mm; 30 -largeur d'un segment conducteur après écrasement I = 2,26mm; - rapport de forme = 0,69; - taux d'écrasement = 0,78; - profondeur de l'espace libre de l'encoche = 1,57mm; - taux de remplissage = 76%. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de mise en oeuvre qui vient d'être décrit. Par exemple, dans une variante de réalisation du rotor selon l'invention illustrée à la figure 6, chaque espace libre 45a du rotor 2a présentent une profondeur très faible, sensiblement égale à 0,4mm, et le taux de remplissage est compris dans un intervalle [80% ; 98%]. Par exemple encore, la figure 7 illustre une variante de réalisation du rotor selon l'invention, dans laquelle ce rotor 2b comporte des encoches 40b comprenant deux parois longitudinales 42b et 43b en regard, ces parois 42b et 43b présentant des formes en creux 48b et en reliefs 49b. Ces formes en creux 48b et en reliefs 49b permettent de recevoir les segments conducteurs 11 avec un maintien renforcé de ces segments conducteurs 11 dans les encoches 40b. Revendications 1. Machine électrique tournante (1), notamment un démarreur pour véhicule automobile, comportant: un stator (3), un rotor (2, 2a) agencé de manière à pouvoir tourner dans le stator (3) autour d'un axe longitudinal (X), au moins un bobinage (8) comprenant des segments conducteurs (11), une pluralité d'encoches (40) formées sur l'un du stator (3) et du rotor (2, 2a) s'étendant sensiblement suivant l'axe longitudinal (X), présentant chacune un fond (41), l'une au moins des encoches (40) recevant au moins un segment conducteur du bobinage (11), caractérisée par le fait que ledit au moins un segment conducteur (11) est en appui contre le fond de l'encoche (41) et présente une déformation par écrasement qui est suffisante pour assurer son maintien dans l'encoche (40) lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante (1). 2. Machine (1) selon la revendication précédente, caractérisée par le fait qu'elle est dépourvue de vernis déposé au contact des segments conducteurs (11) dans les encoches (40), après montage du rotor (2, 2a) dans le stator (3). 3. Machine (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) reçoit au moins deux segments conducteurs (11), notamment alignés sensiblement suivant un rayon du rotor (2, 2a). 4. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que chaque segment conducteur (11) présente une section transversale allongée suivant une circonférence du rotor (2, 2a). 5. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'un au moins des segments conducteurs (11), notamment tous les segments conducteurs (11) dans les encoches (40), présente(nt) un taux d'écrasement compris dans l'intervalle [0,6 ; 1[, notamment dans l'intervalle [0,7 ; 0,9], notamment encore dans l'intervalle [0,75 ; 0,85]. 6. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'un au moins des segments conducteurs (11), notamment tous les segments conducteurs (11) dans les encoches (40), présente(nt) un rapport de forme compris dans l'intervalle [0,66 ; 1[, notamment dans l'intervalle [0,68 ; 0,84], notamment encore dans l'intervalle [0,70 ; 0,75]. 7. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, les encoches (40) comportant chacune une ouverture longitudinale (44) opposée au fond (41), caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) comporte un espace libre (45, 45a, 45b) s'étendant entre le segment conducteur (11) le plus proche de l'ouverture de l'encoche (44) et l'ouverture (44) elle-même. 8. Machine (1) selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la profondeur de l'espace libre (45, 45a, 45b) est sensiblement nulle. 20 25 9. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40), notamment toutes les encoches (40), présente(nt) un taux de remplissage compris dans l'intervalle [60% ; 98%], notamment dans l'intervalle [70% ; 95%], notamment encore dans l'intervalle [75% ; 92%]. 10. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les encoches (40) sont formées sur un corps (7), notamment un corps de rotor (2, 2a), et par le fait que le corps (14) comporte au moins une dent (46) faisant saillie dans l'une des encoches (40). 11. Machine (1) selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que le corps (7) comporte une rainure longitudinale (47) s'étendant au dessus de la dent (46). 12. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) comporte deux parois longitudinales sensiblement planes en regard (42, 43). 13. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) comporte deux parois longitudinales en regard (42b, 43b), ces parois présentant des formes en creux (48b) et en relief (49b). 14.Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une feuille isolante (34) intercalée entre au moins un segment conducteur (11) et une paroi de l'encoche (42, 42b, 43, 43b). 30 15. Procédé de fabrication d'une machine électrique tournante (1) selon la revendication 1, comportant les étapes suivantes: a/ insérer au moins un segment conducteur (11) dans chaque encoche (40), et b/ appliquer un effort d'écrasement suffisant sur ce segment conducteur (11) pour lui conférer une déformation permettant son maintien dans l'encoche (40) lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante (1). 16. Procédé selon la revendication précédente, comportant en outre l'étape suivante: cl sertir localement le corps du rotor (7) afin de former sur ce corps (7) une ou plusieurs dents (46) faisant saillie dans l'encoche (40), notamment à l'aide d'un poinçon (42). 17. Procédé selon les revendications 15 et 16, caractérisé par le fait que les étapes b/ et cl sont concomitantes.