Brevet FR2986676A1 — publié le 20130809

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une machine élec- trique, notamment pour un dispositif d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant un arbre de rotor monté à rotation dans un boîtier, une installation à bagues de contact ayant au moins deux bagues de contact solidaires en rotation de l'arbre de rotor et au moins deux contacts glissants coopérant chacun avec une bague de contact et une installation de détection d'angle de rotation ayant au moins un générateur d'angle de rotation porté par l'arbre de rotor et au moins un capteur d'angle de rotation installé dans le boîtier pour détecter le géné- rateur d'angle de rotation. Etat de la technique Les machines électriques du type défini ci-dessus sont connues selon l'état de la technique. Généralement, une machine élec- trique comporte un rotor monté sur un arbre et qui coopère avec un stator installé dans le boîtier logeant l'arbre du rotor. En particulier, si la machine électrique doit fonctionner comme moteur, il faut avoir une liaison électrique jusqu'à l'enroulement du rotor. Mais du fait du mouvement de rotation du rotor, cette liaison ne se réalise pas simplement. Il est connu d'utiliser une installation à bagues de contact ou bagues de frottement comportant au moins deux bagues de contact solidaires en rotation de l'arbre du rotor et au moins deux contacts de frottement, par exemple des balais de contact installés de manière fixe dans le boitier et coopérant chacun avec l'une des bagues de contact. Les contacts sont en contact mécanique avec la bague de contact respective et ainsi dans chaque position de rotation du rotor, on a le contact électrique. Pour commander correctement la machine électrique, il est en outre prévu une installation de détection d'angle de rotation composée d'un générateur d'angle de rotation et d'un capteur d'angle de rotation. Le générateur d'angle de rotation est associé à l'arbre du rotor pour que la position du générateur d'angle de rotation soit liée à la position angulaire de l'arbre du rotor. En revanche, le capteur d'angle de rotation est solidaire du boîtier et il est orienté pour détecter le générateur d'angle de rotation et pouvoir ainsi saisir la position du générateur d'angle de rotation et ainsi la position de rotation de l'arbre de rotor. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet une machine élec- trique du type défini ci-dessus caractérisée en ce qu'un manchon installé sur l'extrémité libre de l'arbre de rotor, la paroi du manchon portant les bagues de contact et son côté frontal libre porte le générateur d'angle de rotation. La machine électrique selon l'invention a l'avantage de se monter simplement et de ne se composer que de quelques pièces. La machine électrique selon l'invention est ainsi d'une réalisation plus rapide et plus économique que les machines connues. La machine selon l'invention a un ensemble composé des bagues de contact, du généra- teur d'angle de rotation et du manchon. Cet ensemble est de préférence pré-assemblé pour être ensuite installé sur l'arbre de rotor. En variante, l'ensemble n'est pas pré-assemblé ou ne l'est que partiellement et la fin du montage se fait sur l'arbre de rotor. Comme les bagues de contact avec le manchon et le générateur d'angle de rotation constituent un en- semble et ne nécessitent pas d'autres composants, en particulier pour fixer l'angle de rotation, on utilise ainsi un nombre plus réduit de pièces ou de composants, ce qui raccourcit le temps de montage et diminue le coût de fabrication. De façon préférentielle, la face frontale libre du manchon comporte une cavité ou logement recevant le générateur d'angle de rotation. De façon avantageuse, le générateur d'angle de rotation est complètement enfoncé dans la cavité. Il se trouve ainsi dans une po- sition protégée. De plus, le montage dans la cavité ou logement assure que le générateur d'angle de rotation est tenu par une liaison par la forme, dans la direction radiale, dans son logement si bien que le générateur d'angle de rotation peut être exposé à des forces radiales importantes sans qu'il ne se détache. On peut également envisager de n'intégrer le générateur d'angle de rotation que par zone dans le loge- ment. Selon un développement avantageux, le générateur d'angle de rotation est enfoncé de force dans le logement pour être bloqué par une liaison par la force. Le contour extérieur du générateur d'angle de rotation ainsi que le contour intérieur de la cavité ou du lo- gement qui le reçoit se correspondent avantageusement pour former un ajustage serré. De manière préférentielle, la cavité et/ou le générateur d'angle de rotation comportent des surfaces inclinées d'introduction qui facilitent l'introduction et la compression. Le blocage par une liaison par la force constitue une opération de montage simple et rapide du généra- teur d'angle de rotation dans le manchon et ainsi sur l'arbre du rotor. De façon préférentielle, le générateur d'angle de rotation est en plus ou en variante collé et/ou surmoulé dans la cavité ou le logement. On peut également envisager une couche de colle et installer le générateur d'angle de rotation sur cette couche de colle. En variante ou en plus, le générateur d'angle de rotation est par exemple surmoulé avec de la matière plastique, notamment par un surmoulage par zone pour être ainsi bloqué dans la cavité. De façon préférentielle, le générateur d'angle de rotation est surmoulé au moment de la fabrication du manchon réalisé de préférence par injection en surmoulant le généra- teur d'angle de rotation avec la matière du manchon pour l'enrober au moins par zone. Le collage ou le surmoulage donne une plus forte tenue au blocage du générateur d'angle de rotation. Selon un développement avantageux de l'invention, la face frontale libre du manchon est fermée. Ainsi, le manchon a une forme de gobelet et l'extrémité fermée est associée à l'extrémité libre de l'arbre du rotor portant le manchon. Le générateur d'angle de rotation a ainsi une surface d'appui fermée qui le reçoit et le fixe d'une manière particulièrement avantageuse. De façon préférentielle, le manchon est emmanché, ré- tracté ou surmoulé sur l'extrémité libre de l'arbre de rotor pour être fixé solidairement en rotation. Le manchon avec par exemple les bagues de contact et le générateur d'angle de rotation sont emmanchés sur le manchon comme ensemble, notamment pré-assemblé, en particulier grâce au choix du diamètre correspondant de l'arbre de rotor et du manchon. En variante, le manchon est rétracté sur l'arbre de rotor ou est directement surmoulé sur celui-ci et les bagues de contact et le générateur d'angle de rotation sont prévus ensuite ou installés en cours d'injection. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, le manchon porte un rotor de ventilateur. La veine d'air qu'il génère sert notamment à refroidir l'installation de bagues de contact et le cas échéant également le générateur d'angle de rotation. De façon parti- culièrement préférentielle, le rotor de ventilateur génère une veine d'air en direction du rotor, le boîtier ayant de préférence des ouvertures permettant le passage de la veine d'air de l'extérieur dans le boîtier en étant aspirée par le rotor de ventilateur et dirigée vers le rotor pour sortir du boîtier de l'autre côté du rotor. Le rotor de ventilateur est de pré- férence situé au niveau du générateur d'angle de rotation ou du logement du manchon. Selon un développement préférentiel de l'invention, le ro- tor de ventilateur est formé par des ailettes sur le manchon. On évite ainsi d'avoir à mettre en place un rotor de ventilateur supplémentaire sur le manchon. De plus, les ailettes du rotor de ventilateur sont direc- tement prévues sur le manchon ou sont fixées à celui-ci pour avoir une machine électrique particulièrement compacte. De façon particulièrement préférentielle, les ailettes du ventilateur sont en une seule pièce avec le manchon. Ainsi, selon un développement préférentiel, les ailettes du ventilateur sont formées par des surfaces venant en saillie de l'enveloppe du manchon, ces surfaces étant inclinées par rapport à l'extension axiale du manchon tout en étant orientées pratiquement radialement ou avec un angle par rapport à la surface extérieure de l'enveloppe. En d'autres termes, le manchon a un segment axial avec un profil formant les ailettes du ventilateur pour générer une veine d'air lorsque l'arbre de rotor tourne. De façon particulièrement avantageuse, le générateur d'angle de rotation est un aimant permanent ayant au moins deux pôles. La rotation de l'arbre de rotor fait tourner le champ magnétique de l'aimant permanent qui peut ainsi constituer très simplement un gé- nérateur d'angle de rotation pour permettre une saisie du champ magnétique. L'aimant permanent est de préférence aimanté dans la direction radiale. De façon avantageuse, le manchon est en une matière non magnétique et non électro-conductrice pour permettre une saisie précise de la position de l'angle de rotation du générateur d'angle de rotation magnétique sans détériorer cet angle et d'éviter des éléments d'isolation supplémentaires qui seraient nécessaires pour les bagues de contact. De façon particulièrement avantageuse, le manchon est en matière plastique. Cela permet d'une manière particulièrement simple d'avoir des formes très différentes. En particulier, l'ensemble pré-assemblé ci-dessus se compose du manchon, des bagues de contact et du générateur d'angle de rotation réalisés en une seule étape lors de l'injection du manchon. Pour avoir un montage solidaire en rotation, avantageux, du manchon sur l'arbre de rotor, on peut réaliser une liaison par la forme, une liaison par la force et/ou une liaison par la matière entre le manchon et l'arbre de rotor. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'une machine électrique représenté dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références. Ainsi : la figure 1 est une coupe longitudinale d'une machine électrique selon l'invention, la figure 2 est une vue de détail à échelle agrandie de la machine électrique, les figures 3A et 3B montrent un premier exemple de réalisation d'un manchon d'une installation à bague de frottement sous des vues différentes, les figures 4A et 4B montrent un second mode de réalisation du manchon selon des vues différentes, la figure 5 montre un générateur d'angle de rotation de la machine électrique. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une vue coupe longitudinale simplifiée d'une machine électrique 1 utilisée comme unité d'entraînement d'un véhicule automobile. La machine électrique 1 comporte un boîtier 2 avec un stator 3 fixe et recevant un rotor 4, de préférence sous la forme d'un rotor à griffes polaires monté à rotation. Le boîtier 2 a deux flasques 5, 6 opposés équipés chacun d'un palier à roulement 7, 8 sous la forme d'un roulement à billes. Les paliers à roulement 7, 8 reçoivent l'arbre 9 du rotor 4, à faible frottement, l'arbre traversant axialement le boîtier 2. Une extrémité de l'arbre 9 du rotor comporte un élément de couplage 11 destiné à relier solidairement en rotation l'arbre de rotor 9, par exemple à une transmission. Le moyen de couplage 11 est ici réalisé sous la forme d'une denture intérieure. L'extrémité 10 de l'arbre de rotor 9, à l'opposé de l'élément de couplage 11, comporte une installa- tion à bagues de frottement 13. L'extrémité 10 vient ainsi en saillie du flasque 5 pour être librement accessible à l'extérieur du flasque 5. L'installation à bagues de frottement 13 représentée en vue de détail à échelle agrandie à la figure 2 comporte deux bagues de frottement ou bagues de contact 14, 15 ainsi que deux balais de contact 16, 17 comme contacts frottants et coopérant respectivement avec une bague de contact 14, 15. Les bagues de contact 14, 15 sont coaxiales à l'arbre de rotor 9 ou à son axe de rotation sur l'extrémité 10 de l'arbre de rotor 9. L'extrémité 10 de l'arbre de rotor 9 reçoit un manchon 18 ayant en coupe longitudinale sensiblement une forme de U et dont le côté frontal libre 19 est fermé. Le contour intérieur du manchon 18 correspond pour l'essentiel au contour extérieur de l'extrémité libre 10 de l'arbre de rotor 9. La cavité du manchon 15 qui reçoit l'extrémité 10 est réalisée pour avoir un ajustage serré entre le manchon 18 et l'arbre de rotor 9 garantissant le montage solidaire en rotation du manchon 18 sur l'arbre de rotor 9. La paroi extérieure du manchon 18 porte les bagues de contact 14, 15, écartées l'une de l'autre. La paroi du manchon 18 comporte deux cavités en forme de gorges périphériques logeant chacune une bague de contact 14, 15. Les balais 16, 17 des bagues de contact sont logés de fa- çon coulissante dans un support de balai 20 fixé au boîtier et un ressort les sollicite en direction des bagues de contact 14, 15 pour garantir la continuité du contact des balais de contact 16, 17 sur les bagues de contact 14, 15. Les bagues de contact 14, 15 sont reliées électriquement à des rails électriques 21, 22 solidaires du manchon 18 et qui s'étendent principalement en direction du rotor 4. Les extrémités côté rotor des rails électriques 21, 22 sont librement accessibles et coopèrent avec le bobinage du rotor de façon que les balais de contact 16, 17, les bagues de contact 14, 15 et les rails électriques 21, 22 assurent l'alimentation électrique du bobinage du rotor. Sur son côté d'extrémité libre 19, le manchon 18 porte un générateur d'angle de rotation 23. Le général d'angle de rotation 23 est réalisé dans cet exemple sous la forme d'un aimant permanent comme le montre à titre d'exemple la figure 5 ; ce générateur est dans une cavi- té 24 de la face frontale libre 19 du manchon 18. La cavité 24 est en forme de cavité axiale. Le côté frontal du générateur d'angle de rotation 23, non tourné vers l'arbre de rotor 9, est libre de sorte que le champ magnétique du générateur d'angle de rotation 23 puisse se déployer librement au moins en direction de l'arbre de rotor 9. Le générateur d'angle de rotation 23 est solidaire en rotation du manchon 18. La paroi 25 du boîtier 2 en regard du générateur d'angle de rotation 23 porte un capteur d'angle de rotation 26 en regard du générateur d'angle de rotation 23 pour détecter le champ magnétique généré par le générateur d'angle de rotation 23 comme le montre à titre d'exemple la figure 5. Le générateur d'angle de rotation et le capteur d'angle de rotation 26 forment ainsi une installation de détection d'angle de rotation. En intégrant le générateur d'angle de rotation 23 dans le manchon 18 de l'installation à bagues de contact 13, on réalise une machine électrique particulièrement compacte et économique. La fixa- tion du générateur d'angle de rotation 23 dans la cavité 24 se fait par une liaison par la force en ce que l'on enfonce de force le générateur d'angle de rotation 23 dans la cavité ou encore on peut coller. De façon avantageuse, le générateur d'angle de rotation 23 est intégré, lors de la fabrication du manchon 18, pour que le générateur d'angle de rotation 23 soit surmoulé par zone, comme cela est représenté, par la matière du manchon 18. La même remarque s'applique aux bagues de contact 14 et 15. Le manchon 18 avec le générateur d'angle de rotation 23 et les bagues de contact 14, 15, ainsi que le cas échéant avec les rails électriques 21, 22, constituant une unité pré-assemblée 27, sera ainsi emmanché sur l'extrémité libre 10 de l'arbre de rotor 9. En variante, on peut également envisager de surmouler le manchon 18 sur l'extrémité 10 de l'arbre de rotor 9 et d'ajouter ou d'installer ensuite le générateur d'angle de rotation 23, les bagues de contact 14, 15 et/ou les rails élec- triques 21, 22 ou encore de ne pas les intégrer au moment de l'injection. Dans ce cas, ensuite le générateur d'angle de rotation 23 et les bagues de contact 14, 15 ainsi que les rails électriques 21, 22 seront intégrés dans le manchon 18 ou dans le surmoulage en matière plas- tique formant le manchon 18. Le montage du générateur d'angle de ro- tation 23 dans la cavité ou logement 24 protège le générateur d'angle pratiquement contre les saletés et autres influences extérieures. Les figures 3A et 3B montrent un premier exemple de réalisation de l'ensemble pré-assemblé 27 évoqué ci-dessus. La figure 3A montre l'ensemble pré-assemblé 27 en coupe longitudinale ; l'ensemble pré-assemblé 27 ainsi représenté correspond à l'ensemble déjà présenté aux figures 1 et 2. La figure 3B montre l'ensemble pré-assemblé 27 en perspective sans les bagues de contact 14, 15 et sans le générateur d'angle de rotation 23. De façon avantageuse, le diamètre extérieur maximum du manchon 18 est inférieur au diamètre intérieur du palier à roulement 7 de sorte que l'ensemble pré-assemblé 27 peut se glisser à travers le palier à roulement 7. L'extrémité, côté rotor, du manchon 18 comporte en outre de préférence des moyens d'entraînement en rotation 28 qui assurent une liaison par la forme so- lidaire en rotation avec le rotor 4. Comme cela apparaît à la figure 2, les moyens d'entraînement en rotation 28 sont des parties en saillie du manchon 18 venant dans des logements du rotor 4. Les figures 4A et 4B montrent un développement avanta- geux du manchon 18, c'est-à-dire de l'ensemble pré-assemblé 27 ; l'extrémité 12 du manchon 18 associée à son côté frontal 19 comporte un rotor de ventilateur 29 dans la zone de sa cavité ou logement 24 ; ce rotor de ventilateur est de préférence réalisé en une seule pièce avec le manchon 18. La paroi du manchon 18 comporte à l'extrémité 12 plusieurs parties en saillie 30 réparties, notamment régulièrement, en pé- riphérie et dont seulement certaines portent ici une référence pour des raisons de clarté du dessin ; ces parties en saillie ont une surface 31 inclinée par rapport à l'extension axiale du manchon 18 en venant en saillie en biais ou perpendiculairement par rapport à la paroi du manchon (direction radiale). Les surfaces 31 forment les ailettes 32 du rotor de ventilateur 29. La réalisation en une seule pièce intègre ainsi d'une manière simple et compacte une fonction de ventilation complémentaire à l'ensemble pré-assemblé 27, notamment au manchon 18 ; cette fonction de ventilation génère une veine d'air servant notamment à refroidir l'installation à bagues de contact 13. En même temps, cela permet de refroidir le générateur d'angle de rotation 23. On peut également envi- sager de faire passer la veine d'air à travers le rotor 4 et le stator 3 grâce à des ouvertures prévues dans le flasque 5. De façon avantageuse, le diamètre extérieur du rotor de ventilateur 29 est inférieur au diamètre intérieur du palier à roulement 7 pour permettre un montage et un dé- montage faciles. En variante ou en plus, on peut avoir un rotor de venti- lateur 29 réalisé de manière appropriée à un autre endroit du manchon 18, c'est-à-dire dans une autre position axiale le long du manchon 18 comme par exemple entre les bagues de contact 14, 15 ou dans la région des rails de courant 21, 22.20 1 10 2 NOMENCLATURE 3 4 Machine électrique Boîtier Stator Rotor 5, 6 Flasques 7, 8 Paliers à roulement 9 Arbre de rotor 10 10 Extrémité de l'arbre de rotor 11 Elément de couplage 13 Installation à bagues de contact 14, 15 Bagues de contact 16, 17 Balais de contact 15 18 Manchon 19 Face frontale libre du manchon 20 Support de balai 21, 22 Rails électriques 23 Générateur d'angle de rotation 20 24 Cavité/logement 25 Paroi du boîtier 2 26 Capteur d'angle de rotation 27 Ensemble pré-assemble 28 Moyen d'entraînement en rotation 25 29 Rotor de ventilateur 30 Bossage 31 Surface formant les ailettes de ventilateur 32 Ailette de ventilateur 30 REVENDICATIONS1°) Machine électrique (1), notamment pour un dispositif d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant : un arbre de rotor (9) monté à rotation dans un boîtier (2), une installation à bagues de contact (13) ayant au moins deux bagues de contact (14, 15) solidaires en rotation de l'arbre de rotor (9) et au moins deux contacts glissants (16, 17) coopérant chacun avec une bague de contact (14, 15), et une installation de détection d'angle de rotation ayant au moins un générateur d'angle de rotation (23) porté par l'arbre de rotor (9) et au moins un capteur d'angle de rotation (26) installé dans le boîtier pour détecter le générateur d'angle de rotation (23), machine électrique caractérisée par un manchon (18) installé sur l'extrémité libre (10) de l'arbre de rotor (9), la paroi du manchon portant les bagues de contact (14, 15) et son côté frontal libre (19) porte le générateur d'angle de rotation (23). 2°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face frontale libre (19) du manchon (18) comporte un logement (24) pour le générateur d'angle de rotation (23). 3°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le générateur d'angle de rotation (23) est enfoncé de force dans le loge- ment (24) pour être bloqué par une liaison par la force. 4°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le générateur d'angle de rotation (23) est collé et/ou surmoulé dans le logement (24). 5°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'extrémité frontale libre (19) du manchon (18) est fermée.6°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon (18) est emmanché, pressé de force, rétracté ou surmoulé sur l'extrémité libre (10) de l'arbre de rotor (9) pour être fixé solidaire- ment en rotation. 7°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon (18) comporte un rotor de ventilateur (29). 8°) Machine électrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le rotor de ventilateur (29) est réalisé par des ailettes de ventilateur (31) sur le manchon (18), ces ailettes faisant corps avec le manchon (18). 9°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le générateur d'angle de rotation (23) est un aimant permanent ayant au moins deux pôles. 10°) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon (18) est en matière plastique. 15 20 25