Brevet FR2929462A1 — publié le 20091002

L'invention concerne un arbre de rotor destiné à assurer une liaison mécanique avec un réducteur de vitesses d'une machine électrique tournante, par exemple d'un démarreur pour véhicule automobile. Afin de démarrer le moteur à combustion d'un véhicule automobile, il est connu d'utiliser un démarreur pourvu d'un arbre de rotor capable d'entraîner un ensemble lanceur par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesses. L'ensemble lanceur transmet une énergie de rotation du démarreur à un vilebrequin du moteur à combustion par l'intermédiaire d'une couronne d'entraînement. L'ensemble lanceur comporte un pignon pourvu de dents pouvant s'engrener sur des dents de la couronne d'entraînement. Dans certaines conditions, par exemple lorsque ce moteur à combustion comporte un double volant amortisseur, le moteur à combustion a besoin d'être entraîné très rapidement. Dans cet exemple, il est nécessaire d'avoir un rapport de réduction faible entre l'arbre de rotor et l'ensemble lanceur, par exemple inférieur à 5. Le cas échéant, l'arbre de rotor comporte à une extrémité un pignon, dit pignon d'induit, de circonférence extérieure très supérieure à la circonférence extérieure de l'arbre de rotor. Pour des raisons notamment de coûts, le pignon d'induit ne peut être réalisé avec l'arbre de rotor dans une même masse de matière, cette masse présentant un diamètre au moins égal au diamètre de la circonférence extérieure du pignon d'induit. En effet, si l'arbre de rotor était réalisé par usinage de cette masse de matière, une perte de matière très importante en découlerait. De même, la réalisation d'un tel arbre, par exemple par forgeage, est problématique au vu des différences de diamètre sur cet arbre. Afin de pallier les problèmes ci-dessus, certains démarreurs connus sont équipés d'un pignon d'induit soudé sur l'arbre de rotor. L'étape de soudure du pignon d'induit sur l'arbre de rotor dans la fabrication du démarreur peut s'avérer problématique, notamment du fait des installations industrielles nécessaires. En outre, l'opération de soudure du pignon sur l'arbre de rotor peut présenter les inconvénients de réduire les capacités mécaniques de l'arbre du rotor et les capacités électriques du rotor. En effet, il existe un risque, lors de l'opération de soudure, d'une part de fragiliser une portion de l'arbre de rotor à proximité de la zone de soudure, cette portion étant soumise à de hautes températures, et d'autre part, de détériorer, par brûlure, des segments conducteurs du rotor, ces segments conducteurs formant notamment un chignon. Il existe un besoin pour remédier aux inconvénients précités. L'invention a ainsi pour objet un arbre de rotor destiné à assurer une liaison mécanique avec un réducteur de vitesses 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, et cette portion comportant une extrémité avant, et - un pignon d'induit apte à entraîner le réducteur de vitesses. Selon l'invention, l'arbre de rotor comporte au moins une première zone à l'extrémité avant, et au moins une deuxième zone sur le pignon d'induit, et les première et deuxième zones sont fixées mécaniquement ensembles. Les première et deuxième zones sont des zones de liaison mécanique. Grâce à l'invention, l'arbre de rotor est formé en deux parties qui sont fixées mécaniquement à l'aide d'une liaison de contact mécanique entre le pignon d'induit et l'extrémité avant de la portion longitudinale. Il est ainsi possible de rapporter un pignon d'induit présentant une circonférence extérieure dont le diamètre est supérieur au diamètre extérieur de l'extrémité avant, sans soumettre l'arbre de rotor à de hautes températures, et donc sans altérer les caractéristiques mécaniques de cet arbre de rotor, contrairement à une liaison faite par soudage. La première zone de liaison mécanique est formée au moins partiellement sur une circonférence extérieure de l'extrémité avant, et la deuxième zone de liaison mécanique est formée au moins partiellement sur une circonférence intérieure du pignon d'induit. De préférence, la première zone comporte un premier élément de liaison mécanique, et la deuxième zone comporte un deuxième élément de liaison mécanique. Le cas échéant, les premier et deuxième éléments de liaison mécanique sont 10 avantageusement aptes à coopérer mécaniquement ensembles. Ainsi, ces premier et deuxième éléments de liaison mécanique sont solidaires en translation et en rotation, pour permettre à l'arbre de rotor de transmettre un mouvement de rotation au réducteur de vitesses. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le premier élément de 15 liaison mécanique est formé par un rebord de l'extrémité avant, ce rebord étant apte à être déformé, et le deuxième élément de liaison mécanique est formé par une empreinte de réception de matière du pignon d'induit. De manière avantageuse, l'empreinte de réception de matière est apte à recevoir le rebord déformé pour solidariser en translation et en rotation le pignon 20 d'induit et l'extrémité avant. De préférence, l'empreinte de réception de matière peut comporter une pluralité de renfoncements. Ces renfoncements peuvent présenter notamment une forme sensiblement tronconique. 25 En outre, ces renfoncements peuvent être répartis de manière régulière, ou non, sur une circonférence du pignon d'induit. Ces renfoncements peuvent avantageusement être réalisés par frappe ou par frittage. De préférence également, le rebord présente une longueur suivant l'axe 30 longitudinal et une hauteur suivant un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal, la longueur du rebord étant supérieure à sa hauteur. Le rebord peut avantageusement présenter une faible épaisseur de manière à être facilement déformable. Ce rebord peut présenter une forme sensiblement annulaire. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, le premier élément de liaison mécanique peut être formé par une pluralité de bossages de l'extrémité avant, et le deuxième élément de liaison mécanique peut être formé par une pluralité de creux du pignon d'induit. En outre, les bossages et les creux peuvent notamment présenter une forme triangulaire, ou trapézoïdale, ou arrondie. Autrement dit, les bossages et les creux forment deux filetages complémentaires qui coopèrent de manière à former un ensemble solidaire en rotation et en translation. En variante, les bossages et creux peuvent présenter toute autre forme appropriée, par exemple des rainures. Encore dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, la première zone présente un diamètre légèrement supérieur au diamètre de la deuxième zone, ce qui permet d'emmancher à force la première à zone avec la deuxième zone. Ceci peut être particulièrement avantageux car aucune opération d'usinage n'a besoin d'être réalisée pour la réalisation d'éléments de liaison mécanique. En variante, la première zone présente un diamètre sensiblement identique au diamètre de la deuxième zone. Dans ce cas, un apport de matière chimique peut alors être réalisé sur au moins une des première et deuxième zones pour solidariser en translation et en rotation ces deux zones. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment un démarreur pour véhicule automobile, pouvant comporter un rotor avec un arbre de rotor tel que décrit précédemment. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un arbre de rotor destiné à assurer une liaison mécanique avec un réducteur de vitesses d'une machine électrique tournante, le procédé comportant une étape pour fixer mécaniquement une première zone d'une extrémité avant de l'arbre de rotor avec une deuxième zone d'un pignon d'induit de l'arbre de rotor. Grâce à l'invention, du fait de l'utilisation d'un assemblage mécanique entre les première et deuxième zones de liaison mécanique du pignon d'induit et de l'extrémité avant de l'arbre de rotor, il est possible de rapporter un pignon d'induit présentant une circonférence extérieure dont le diamètre est supérieur au diamètre d'une circonférence extérieure de l'extrémité avant, sans dégrader les caractéristiques mécaniques de l'arbre de rotor, ainsi que les caractéristiques électriques du rotor. De plus, le pignon d'induit et l'extrémité avant sont solidaires en translation et en rotation, pour permettre à l'arbre de rotor de transmettre un mouvement de rotation au réducteur de vitesses. Le procédé peut comporter une étape pour fixer par sertissage la première zone avec la deuxième zone. En variante, le procédé peut comporter une étape pour fixer par vissage et serrage la première zone avec la deuxième zone. En variante encore, le procédé peut comporter une étape pour fixer par 20 emmanchement à force la première zone avec la deuxième zone. Il est également possible de réaliser indépendamment des procédés de fixation indiqués précédemment, ou conjointement avec l'une quelconque des étapes d'assemblage par fixation mécanique indiquées ci-dessus, une étape de fixer par collage la première zone avec la deuxième zone. 25 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 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, de manière isolée, le rotor de la machine de la figure 1, - la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, de manière isolée, l'arbre de rotor du rotor de la figure 2, - la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, l'arbre de rotor de la figure 3, et - les figures 5 à 7 représentent, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, des arbres de rotor conformes à d'autres modes 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, autour du rotor 2. 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, comme illustré à la figure 2. 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. En variante, l'élément et l'organe d'entraînement peuvent être formés par des poulies. Un réducteur de vitesses 20 est interposé entre le rotor 2 et l'arbre 20 d'entraînement 18 de manière à adapter la vitesse du rotor 2 à l'entraînement du moteur à combustion. Le réducteur de vitesses 20 est entraîné en rotation par l'arbre de rotor 6. Ce réducteur de vitesses 20 comporte un ensemble comprenant une couronne dentée dans laquelle sont disposés des pignons solaires et satellites, de manière 25 connu en soi. Ce réducteur de vitesses 20 peut par exemple présenter un rapport de réduction inférieur à 5. Comme illustrée aux figures 3 et 4, l'arbre de rotor 6 comporte, à l'arrière, un premier palier formant un organe de portée arrière 30 de cet arbre 6 apte à être 30 inséré dans un capot (non représenté) du démarreur. 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, cette portion longitudinale 32 présentant un diamètre d1. A l'avant, l'arbre de rotor 6 comporte une extrémité avant 34 et un organe de portée avant 35. Les deux organes de portée 30 et 35 permettent le centrage de l'arbre de rotor 6 dans le démarreur 1. L'extrémité avant 34 comprend également, entre l'organe de portée avant 35 et la portion longitudinale 32, un rebord 37 définissant une gorge 38, ce rebord 37 étant formé sur une circonférence extérieure 39 de l'extrémité avant 34. Cette circonférence extérieure 39 présente un diamètre d2 sensiblement inférieur au diamètre dl de la portion longitudinale 32. En variante, la circonférence extérieure de l'extrémité avant peut présenter un diamètre sensiblement égal au diamètre de la portion longitudinale. Dans ce cas, la portion longitudinale peut comporter un épaulement. L'arbre de rotor 6 décrit jusqu'à présent aux figures 3 et 4 peut être formé, notamment par usinage, dans une même masse de matière, cette masse présentant un diamètre sensiblement égal au diamètre dl de la portion longitudinale 32. Le rebord 37 comprend une longueur, définie suivant l'axe X, supérieure à sa hauteur, définie suivant un axe perpendiculaire à l'axe X. Ainsi, le rebord 37 présente une faible épaisseur de manière à être facilement déformable. Pour transmettre un mouvement de rotation du rotor 2 vers le réducteur de vitesses 20, l'arbre de rotor 6 comporte un pignon d'induit 42 fixé mécaniquement sur l'extrémité avant 34. Le pignon d'induit 42 comporte une circonférence extérieure 43 présentant un diamètre d3 supérieur aux diamètres d2 et d1, respectivement de l'extrémité avant 34 et de la portion longitudinale 32. Le pignon d'induit 42 comporte une pluralité de renfoncements 44 régulièrement répartis au moins partiellement sur une face avant 45 du pignon 42 et sur une circonférence intérieure 46 de ce pignon 42. Ces renfoncements 44 sont réalisés par frappe et présentent une forme sensiblement tronconique. Ces renfoncements 44 forment une empreinte de réception de matière apte à recevoir le rebord 37 lorsque celui-ci est déformé. Le rebord 37, qui a une forme sensiblement annulaire, est déformé à l'aide d'un outil qui s'engage au moins partiellement dans la gorge 38 de manière à sertir ledit rebord 37 de l'extrémité avant 34 dans les renfoncements 44 du pignon d'induit 42. Avantageusement, le sertissage de l'extrémité avant 34 avec le pignon d'induit 42 permet d'utiliser un pignon d'induit 42 présentant un diamètre d3 relativement important de manière à entraîner rapidement le moteur à combustion, par l'intermédiaire du réducteur de vitesses 20 qui présente un faible rapport de réduction. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, l'assemblage mécanique du pignon d'induit 42 et de l'extrémité avant 34 comporte une étape de fixation par sertissage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce type de fixation mécanique. Par exemple, on a représenté en référence à la figure 5, un arbre de rotor 6a comportant une extrémité avant 34a qui présente à sa circonférence extérieure 39a une pluralité de bossages 50a formant un filetage. En outre, l'arbre de rotor 6a comprend un pignon d'induit 42a comportant, sur sa circonférence intérieure 46a, une pluralité de creux 51a formant un filetage complémentaire. Le filetage complémentaire du pignon d'induit 42a est apte à coopérer mécaniquement avec le filetage de l'extrémité avant, notamment par une opération 30 de vissage puis serrage. Avantageusement, les filetages auront un pas à gauche ou à droite en fonction du sens de rotation de l'induit, de manière à assurer le serrage du pignon d'induit 42a sur l'extrémité avant 34a. Dans l'exemple décrit en référence à la figure 5, les filetages présentent une forme triangulaire. En variante, les filetages peuvent présenter d'autres formes appropriées. Dans un autre mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 6, un arbre de rotor 6b comprend une extrémité avant 34b présentant, sur une portion apte à recevoir un pignon d'induit 42b, une circonférence extérieure 39b de diamètre d4. Le pignon d'induit 42b comporte une circonférence intérieure 46b présentant un diamètre d5 légèrement inférieur au diamètre d4. Pour fixer mécaniquement le pignon d'induit 42b et l'extrémité avant 34b, ces deux éléments sont emmanchés à force. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, les opérations d'usinage ou de formage nécessaires pour la fabrication de l'arbre de rotor 6b sont réduites. En variante, comme illustré à la figure 7, un arbre de rotor 6c comprend une extrémité avant 34c présentant, sur une portion apte à recevoir un pignon d'induit 42c, une circonférence extérieure 39c de diamètre d6. En outre, le pignon d'induit 42c présente une circonférence intérieure 46c de 20 diamètre d7 sensiblement égal au diamètre d6. Le cas échéant, pour fixer mécaniquement le pignon d'induit 42c et l'extrémité avant 34c, un apport de matière chimique, notamment de la colle 54c, est disposé sur la circonférence extérieure 39c de l'extrémité avant 34c. La colle 54c peut de plus être disposée sur la circonférence intérieure 46c du 25 pignon d'induit 42c, ou uniquement sur cette circonférence intérieure 46c. Il est notamment possible de réaliser cette étape de fixation mécanique par collage conjointement avec l'une quelconque des étapes de fixation mécanique illustrées aux figures 2 à 6. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être 30 décrits. Revendications1. Arbre de rotor (6) destiné à assurer une liaison mécanique avec un réducteur de vitesses (20) d'une machine électrique tournante (1), l'arbre de rotor (6) comportant: une portion longitudinale (32) sur laquelle est montée un rotor (2), cette portion longitudinale (32) étant entraînée en rotation par le rotor (2) autour d'un axe longitudinal (X), et cette portion comportant une extrémité avant (34), un pignon d'induit (42) apte à entraîner le réducteur de vitesses (20), l'arbre de rotor (6) étant caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une première zone (39) à l'extrémité avant (34), et au moins une deuxième zone (46) sur le pignon d'induit (42), et par le fait que les première et deuxième zones (39; 46) sont fixées mécaniquement ensembles. 2. Arbre (6) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que la première zone comporte un premier élément de liaison mécanique, et la deuxième zone comporte un deuxième élément de liaison mécanique, et 20 par le fait que les premier et deuxième éléments de liaison mécanique sont aptes à coopérer mécaniquement ensembles. 3. Arbre (6) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le premier élément de liaison mécanique est formé par un rebord (37) de 25 l'extrémité avant (34), ce rebord (37) étant apte à être déformé, et par le fait que le deuxième élément de liaison mécanique est formé par une empreinte de réception de matière (44) du pignon d'induit (42). 4. Arbre (6) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que 30 l'empreinte de réception de matière comporte une pluralité de 15renfoncements (44). 5. Arbre (6) selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que le rebord (37) présente une longueur suivant l'axe longitudinal (X) et une hauteur suivant un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal (X), la longueur du rebord (37) étant supérieure à sa hauteur. 6. Arbre (6a) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier élément de liaison mécanique est formé par une pluralité de bossages (50a) de l'extrémité avant (34a), et par le fait que le deuxième élément de liaison mécanique est formé par une pluralité de creux (51a) du pignon d'induit (42a). 7. Arbre (6b) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première zone (39b) présente un diamètre (d4) légèrement supérieur au diamètre (d5) de la deuxième zone (46b). 8. 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. 9. Procédé de fabrication d'un arbre de rotor (6) destiné à assurer une liaison mécanique avec un réducteur de vitesses (20) d'une machine électrique tournante (1), caractérisé par le fait que le procédé comporte une étape pour fixer mécaniquement une première zone (39) d'une extrémité avant (34) de l'arbre de rotor (6) avec une deuxième zone (46) d'un pignon d'induit (42) de l'arbre de rotor (6). 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape pour fixer par sertissage la première zone (39) avec la 12deuxième zone (46). 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape pour fixer par vissage et serrage la première zone (39a) avec la 5 deuxième zone (46a). 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte une étape pour fixer par emmanchement à force la première zone (39b) avec la deuxième zone (46b). 13