Brevet FR3024608A1 — publié le 20160205

INDUIT DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A PERFORMANCES MAGNETIQUES AMELIOREES L'invention porte sur un induit de machine électrique tournante à performances magnétiques améliorées. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des démarreurs pour véhicule automobile. On connaît des machines électriques munies d'un stator, ou inducteur, comportant plusieurs aimants permanents ou des pôles bobinés (électroaimants) et d'un rotor, ou induit, comportant des conducteurs formant le bobinage du rotor. Un entrefer existe entre la périphérie externe du rotor et la périphérie interne du stator. L'induit comporte un corps de forme cylindrique muni d'un moyeu central et de dents issues du moyeu délimitant deux à deux des encoches. Un bobinage est formé par un ensemble de conducteurs insérés à l'intérieur des encoches. Le corps du rotor est généralement réalisé par un empilement de tôles d'épaisseur fine, de façon à former un paquet de tôles emmanché à force sur l'arbre de la machine. Pour éviter des mises à la masse, un isolant d'encoche est inséré dans les encoches entre les conducteurs et la tôle reliée au potentiel de la masse via le carter. En outre, des joues axiales réalisées dans un matériau isolant sont ajoutées au moment de l'insertion des conducteurs de manière à éviter d'endommager les conducteurs pendant cette opération délicate. Les dents comprennent chacune une surface adaptée à être en contact avec l'entrefer entre le rotor et le stator. Dans les rotors de l'état de l'art, ces surfaces extérieures des dents présentent une configuration telle que la collection de flux magnétique est limitée. L'invention vise à améliorer les performances magnétiques de la machine en proposant un induit de machine électrique tournante destinée à être utilisée dans un véhicule automobile comprenant: un corps réalisé dans un matériau ferromagnétique comprenant: une culasse, et des dents s'étendant à partir de la portion central, chacune des dents comprenant une surface destinée à venir en contact avec un entrefer de ladite machine, ladite surface ayant une longueur axiale supérieure à une longueur axiale de la dite culasse. L'invention permet ainsi, du fait de la forme particulière des surfaces des dents en contact avec l'entrefer, de collecter d'avantage de flux au niveau de l'entrefer par rapport à une configuration classique d'induit. On maximise ainsi la conversion électromagnétique de la machine électrique. Selon une réalisation, un entrefer est formé entre deux surfaces voisines sur toute leur longueur axiale Selon une réalisation, ledit corps comprend au moins une portion réalisée dans un matériau magnétique composite. Selon une réalisation, chacune des surfaces des dents comprend au moins une extrémité axiale réalisée dans un matériau magnétique composite. On facilite ainsi la réalisation des extrémités des surfaces des dents tournées vers l'entrefer qui pourront être obtenues par frittage. Selon une réalisation, ledit corps comporte deux portions axiales extrêmes réalisées en matériau magnétique composite. Selon un mode de réalisation, chacune des dites portions axiales extrêmes comporte une partie de la culasse et une partie des dents. Selon une réalisation, les deux portions axiales extrêmes dudit corps sont plaquées de part et d'autre d'une portion centrale formée par un paquet de tôles. Selon une réalisation, ledit corps ferromagnétique est réalisé entièrement 25 dans un matériau magnétique composite. Selon une réalisation, ledit induit est dépourvu d'isolant d'encoche. On maximise ainsi le taux de remplissage des encoches. En outre, du fait de la mise en contact directe des conducteurs avec l'induit, on améliore les échanges thermiques dans la machine électrique. , Selon une réalisation, ledit corps ferromagnétique est fixé sur un arbre de ladite machine électrique tournante par collage. Selon une réalisation, ledit induit est monté sur un arbre de ladite machine électrique tournante via un système à clavette. Selon une réalisation, le matériau magnétique composite est de type composite magnétique souple (matériau SMC). Selon une réalisation, un bobinage est formé par un ensemble de conducteurs insérés dans des encoches dudit corps de l'induit. Selon une réalisation, lesdites dents présentent chacune une face 10 d'extrémité axiale munie d'empreintes pour le guidage des conducteurs formant un bobinage. Selon une réalisation, chaque conducteur prend la forme d'une épingle. Selon une réalisation, ledit induit consiste en un rotor appartenant à un démarreur de véhicule automobile. 15 Selon une autre réalisation, ledit induit consiste en un stator d'un alternateur de véhicule automobile. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante de démarreur de véhicule automobile munie d'un induit défini précédemment. L'invention concerne en outre un induit de machine électrique tournante 20 destinée à être utilisée dans un véhicule automobile tournante comprenant un corps réalisé dans un matériau ferromagnétique, ledit corps comprenant au moins une portion réalisée dans un matériau magnétique composite. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à 25 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'un corps de rotor de machine électrique tournante selon la présente invention appartenant à un démarreur de véhicule automobile; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle du corps du rotor de la figure 1 réalisée au niveau d'une dent; La figure 3 est une vue en perspective détaillée d'une dent du corps du rotor de la figure 1; La figure 4 est une vue en perspective d'une épingle utilisée pour réaliser le bobinage du rotor selon la présente invention; La figure 5 est une vue en coupe transversale d'une encoche du corps du rotor selon la présente invention à l'intérieur de laquelle sont insérés des conducteurs en épingle; La figure 6 est une vue en perspective du rotor fini selon la présente invention; La figure 7 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation du corps du rotor selon la présente invention; La figure 8 est une vue en perspective d'une des joues axiales utilisées avec le mode de réalisation de la figure 7; La figure 9 est une vue en perspective détaillée des dents de la joue axiale de la figure 8; La figure 10 est une vue en coupe longitudinale d'un troisième mode de réalisation du corps du rotor selon la présente invention; Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre un corps 10 d'un rotor 11 de machine électrique tournante appartenant à un démarreur de machine électrique. Ce corps 10 ferromagnétique d'axe X est destiné à être monté sur un arbre 12 de la machine électrique visible sur la figure 6. Ce corps 10 présente une périphérie externe 13 de forme cylindrique délimitée axialement par deux faces d'extrémité 16, 17. La périphérie externe 13 du corps 10 et la périphérie interne du stator (non représenté) de la machine électrique tournante sont séparés par un entrefer de façon connue en soi. Dans ce mode de réalisation, le corps 10 est réalisé entièrement dans un matériau magnétique composite. Ce matériau est en l'occurrence de type SMC acronyme pour "Soft Magnetic Composite" en anglais, soit un "composite magnétique souple". Ce matériau est constitué de particules de métal, en l'occurrence de fer, isolées les unes par rapport aux autres par une couche de matériau électriquement isolant, tel que de la résine. Un tel matériau possède des pertes par courants de Foucault particulièrement faibles, ce qui permet son utilisation pour des applications à 15 fréquences élevées. Ce matériau présente l'avantage de posséder des propriétés magnétiques très proches de celles du métal. Des encoches 20 sont ménagées dans le corps 10 de manière à déboucher axialement de part et d'autre du corps 10 et radialement dans la périphérie externe 13 du corps 10. Ces encoches 20, réparties angulairement de 20 manière régulière sur la circonférence du corps 10, sont délimitées chacune par deux dents 21 successives. Ces dents 21, qui s'étendent axialement et radialement, sont issues d'une culasse 24 s'étendant également axialement et radialement. Cette culasse24 comporte une ouverture 25 pour autoriser le passage de l'arbre 12 de la machine. 25 Les dents 21 comprennent chacune une surface extérieure 27 destinée à être en contact avec l'entrefer entre le rotor 11 et le stator. Comme on peut le voir clairement sur la figure 2, chaque surface extérieure 27 a une longueur axiale L1 supérieure à longueur axiale L2 de la culasse 24. Chaque surface extérieure 27 appartient en l'occurrence à un rebord 28 30 s'étendant circonférentiellement de part et d'autre des extrémités libres des dents 21. Une partie 31 bien visible sur la figure 3, en l'occurrence de forme inclinée, s'étend entre une face d'extrémité axiale d'une dent 21 et la face intérieure d'un rebord 28 tournée vers l'axe X du corps 10 qui lui est sensiblement perpendiculaire. La forme particulière des dents 21 peut être aisément obtenue grâce à l'utilisation du matériau magnétique composite dont la forme peut être adaptée par frittage. L'invention permet ainsi de maximiser le flux capté au niveau de l'entrefer. L'invention est particulièrement bien adaptée à une structure d'inducteur à griffes ayant une forte composante axiale de flux. En effet, la structure massive isotrope du matériau SMC est préférable à une structure anisotrope faite d'un empilement de tôles. Du fait de la relative fragilité du matériau composite, le rotor 11 est de préférence fixé sur l'arbre 12 par collage. Alternativement ou en complément du collage, le rotor 11 pourra coopérer avec l'arbre 12 par l'intermédiaire d'un système à clavette lié en rotation avec l'arbre 12 et pénétrant à l'intérieur d'une ouverture de forme correspondante réalisée dans le corps 10. Pour former le bobinage, un ensemble de conducteurs 32 de type épingle est inséré à l'intérieur de chacune des encoches 20. Plus précisément, chaque conducteur 32 visible sur la figure 4 est revêtu d'une couche électriquement isolante, telle que de l'émail. Chaque conducteur 32 présente deux branches 321, 322 reliées par un fond 323 de manière à avoir une forme sensiblement en U. Comme cela est visible sur la figure 5, les conducteurs 32 sont insérés à l'intérieur des encoches 20 sur deux couches distinctes: la couche supérieure et la couche inférieure. Si une des branches 321 est positionnée dans la couche inférieure alors l'autre branche 322 se situe dans la couche supérieure et inversement. La section transversale des conducteurs 32 est ici de forme ronde. En variante, la section peut être de forme carrée ou rectangulaire. Les parties des conducteurs 32 s'étendant en saillie par rapport aux faces d'extrémités axiale 16, 17 du corps 10 du rotor 11 forment les chignons 35 du bobinage (cf. figure 6). L'isolation électrique se faisant dans le matériau de l'induit 11 lui-même, il est possible de profiter de cette propriété en simplifiant toutes les étapes nécessaires pour éviter les mises à la masse des conducteurs 32. Ainsi, on peut supprimer le papier isolant entre les conducteurs 32 et les parois internes des encoches 20 ainsi que les jeux de montage pour éviter les court-circuits avec le corps 10. En pratique, le fait de supprimer le papier isolant ainsi que les jeux de montage permet de récupérer environ six dixièmes de millimètre par dent 21 et donc de maximiser le taux de remplissage des encoches 20. De plus, comme cela est bien visible en figure 5, les conducteurs 32 peuvent être en contact avec l'induit massif 10 dans les encoches 20 sans risque de mise à la masse, en sorte que les échanges thermiques sont améliorés. Un vernis d'imprégnation pourra être utilisé pour combler les jeux dans les encoches 20. Par ailleurs, comme montré sur la figure 6, le rotor 11 est pourvu d'un collecteur 36 comprenant une pluralité de lames 39 électriquement conductrices auxquelles les extrémités libres des conducteurs 32 sont soudées. Dans un exemple de réalisation, les lames 39 sont réalisées en cuivre. En variante, elles pourraient être réalisées en aluminium. Les lames 39 du collecteur sont portées par un support 40 en matière plastique solidaire de l'arbre 12. Le support 40 est, pour une bonne tenue en température, en matière plastique thermodurcissable, telle qu'une matière plastique phénolique thermodurcissable par exemple de la bakélite. En l'occurrence, le collecteur 36 qui présente des lames 39 s'étendant longitudinalement côte à côte sur la périphérie externe du support 40 est du type "tambour". Toutefois, en variante, le collecteur 36 utilisé pourra être un collecteur de type plat. Pour assurer un maintien radial des conducteurs 32 dans les chignons 35 et éviter ainsi les effets de la force centrifuge, des frettes 43 sont positionnées autour des chignons 35 et des zones de soudure. Du côté opposé du collecteur 36, l'arbre 12 porte une roue d'engrenage 44 destinée à former un planétaire dans un système de réduction de vitesse à train épicycloïdal d'un démarreur, comme décrit par exemple dans le document FR2787833. Dans la variante de réalisation montrée sur la figure 7, le corps 10 comprend une portion centrale 10' formée par un paquet de tôles, ainsi que deux portions axiales extrêmes 10" réalisées en matériau magnétique composite, constituant chacune une joue. Ces joues 10" sont plaquées de part et d'autre de la portion centrale 10'. La longueur axiale des joues 10" qui est de l'ordre de 5mm est très inférieure à la longueur axiale de la portion centrale 10' qui est de l'ordre de 40mm. Plus précisément, la portion centrale 10' est réalisée par un empilement de tôles d'épaisseur fine, typiquement de 0,5 ou 0,65 mm, de façon à former un paquet de tôles emmanché à force sur l'arbre 12 de la machine. Cette portion centrale 10' forme ainsi la partie centrale 24' de la culasse 24 ainsi qu'une partie centrale 21' des dents 21 délimitant les encoches 20. De préférence, un isolant d'encoche, prenant par exemple la forme d'un papier isolant, est positionné à l'intérieur de chaque encoche 20. Cet isolant d'encoche permet de ne pas blesser les conducteurs 32 lors de leur montage dans le paquet de tôles du rotor 11 et d'isoler électriquement les conducteurs 32 par rapport au paquet de tôles relié à la masse via le carter du démarreur. Par ailleurs, chaque joue 10" rapportée montrée sur la figure 8 constitue une des extrémités axiales 24" de la culasse 24 et une des extrémités axiales 21" de chaque dent 21. Les joues 10" sont plaquées contre les faces d'extrémité de la portion centrale 10'. Les joues 10" sont positionnées de telle façon que les extrémités axiales 24" se situent dans le prolongement de la partie centrale 24' de la culasse 24, et que les extrémités axiales 21" des dents se situent dans le prolongement de la partie centrale 21' de chaque dent 21. La surface extérieure 27 destinée à être en contact avec l'entrefer est alors formée par les surfaces extérieures accolées de la portion centrale 10' et des deux joues 10". La partie de la surface extérieure 27 qui s'étend au-delà de la culasse 24 est réalisée dans les joues 10". Comme on peut le voir sur la figure 9, les dents 21 présentent chacune, du côté du fond 322 des conducteurs 32, une face d'extrémité axiale munie d'empreintes 47 pour le guidage des conducteurs 32. En l'occurrence, ces empreintes 47 sont réalisées sur une face d'extrémité de chaque bras d'une joue 10". De telles empreintes 47 pourraient également être réalisées dans les faces des dents 21 du rotor 11 de la figure 1 réalisé entièrement en matériau magnétique composite. Dans le mode de réalisation de la figure 10, seule l'extrémité axiale 211 des dents 21 est réalisée dans un matériau magnétique composite. Le reste des dents 21 et de la culasse24 est alors réalisé d'un seul tenant en tôle feuilletée. En variante, seule l'extrémité axiale des surfaces 27 est réalisée en matériau magnétique composite. L'invention est également applicable à un stator d'alternateur comportant des dents orientées vers l'intérieur du corps ayant des surfaces intérieures en contact avec l'entrefer. De manière analogue à la configuration du rotor, ces surfaces présentent une longueur axiale supérieure à la longueur axiale de la culasse qui s'étend entre le fond des dents et la périphérie externe du stator. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Induit (11) de machine électrique tournante destinée à être utilisée dans un véhicule automobile comprenant: a. un corps (10) réalisé dans un matériau ferromagnétique comprenant: i. une culasse (24), et ii. des dents (21) s'étendant à partir de la portion centrale, chacune des dent comprenant une surface (27) destinée à venir en contact avec un entrefer de ladite machine, ladite surface (27) ayant une longueur axiale (L1) supérieure à une longueur axiale (L2) de ladite culasse (24). 2. Induit (11) selon la revendication 1, dans lequel un entrefer est formé entre deux surfaces (27) voisines sur toute leur longueur axiale (L1). 3. Induit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit corps (10) comprend au moins une portion (10", 211) réalisée dans un matériau magnétique composite. 4. Induit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chacune des surfaces (27) des dents (21) comprend au moins une extrémité axiale réalisée dans un matériau magnétique composite. 5. Induit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit corps (10) comporte deux portions axiales extrêmes (10") réalisées en matériau magnétique composite, chacune des dites portions axiales extrêmes (10) comportant une partie de la culasse et une partie des dents. 6. Induit selon la revendication 5, dans lequel les deux portions axiales extrêmes (10") dudit corps (10) sont plaquées de part et d'autre d'une portion centrale (10') formée par un paquet de tôles. 7. Induit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit corps, ferromagnétique (10) est réalisé entièrement dans un matériau magnétique composite. 8. Induit selon la revendication 6, ledit induit (11) est dépourvu d'isolant d'encoche. 9. Induit selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel le matériau magnétique composite est de type composite magnétique souple (matériau SMC). 10. Induit selon la revendication 9, dans lequel lesdites dents (21) présentent chacune une face d'extrémité axiale munie d'empreintes (47) pour le guidage des conducteurs (32) formant un bobinage. 11. Induit selon la revendication 9 ou 10, dans lequel chaque conducteur (32) prend la forme d'une épingle. 12. Induit selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ledit induit (11) consistant en un rotor appartenant à un démarreur de véhicule automobile. 13. Induit selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ledit induit (11) consistant en un stator appartenant à un alternateur de véhicule automobile. 14. Machine électrique tournante de démarreur de véhicule automobile munie d'un induit (11) défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15. Machine électrique comprenant un induit selon l'une des revendications 1 à 12, comprenant un arbre (12) et dans lequel ledit corps ferromagnétique (10) est fixé sur l'arbre (12) de ladite machine électrique tournante par collage. 16. Machine électrique selon la revendication 15, comprenant un arbre (12), et dans lequel ledit induit est monté sur un arbre (12) de ladite machine électrique tournante via un système à clavette.30