Brevet FR3040835A1 — publié le 20170310

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE COMPORTANT UN ARBRE A DIAMETRES ETAGES ET PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'UNE TELLE MACHINE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention vise une machine électrique tournante et plus particulièrement un arbre et un rotor à griffe comportant deux demi-noyaux polaires. La présente invention vise également un procédé de pose d'un tel arbre. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans les arbres assemblés sur des roues polaires à aimants forgés. ETAT DE LA TECHNIQUE De nombreuses machines électriques tournantes sont équipées d'un rotor à griffes. On décrit ci-après une telle machine sous la forme d'un alternateur compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. Cet alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Un tel alternateur réversible est appelé alterno-démarreur et dans un autre mode de fonctionnement transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. Cette machine comporte essentiellement un carter et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes, solidaire en rotation d'un arbre, et un stator, qui entoure le rotor avec présence d'un faible entrefer et qui comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches équipées d'isolant d'encoches pour le montage des phases du stator, comportant chacune au moins un enroulement formant de part et d'autre du corps du stator un chignon. Les enroulements sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme de barre, tels que des épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à au moins un pont redresseur comportant des éléments redresseurs tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'un alterno-démarreur comme décrit par exemple dans le document FR A2745445. 3040835 2 Le rotor à griffes comporte deux roues polaires axialement juxtaposées et de forme annulaire présentant chacune un flasque transversal pourvu à sa périphérie externe de dents de forme trapézoïdale dirigées axialement vers le flasque de l'autre roue polaire, la dent d'une roue polaire pénétrant dans l'espace existant entre deux 5 dents adjacentes de l'autre roue polaire, de sorte que les dents des roues polaires soient imbriquées. Les flasques des roues sont de forme annulaire et présentent à leur périphérie externe des saillies radiales raccordées par des chanfreins comportant des dents. Ces saillies forment des griffes avec les dents. Le nombre de dents dépend des 10 applications et notamment du nombre de phases du stator. Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les flasques des roues. Ce noyau porte à sa périphérie externe un bobinage d'excitation. Un isolant, tel qu'une bobine de support du bobinage, est intercalé radialement entre le noyau et le bobinage. L'arbre du rotor porte à son extrémité avant un organe d'entraînement, tel 15 qu'une poulie appartenant à un dispositif de transmission de mouvements à au moins une courroie entre l'alternateur et le moteur thermique du véhicule automobile, et à son extrémité arrière, de diamètre réduit, des bagues collectrices reliées par des liaisons filaires aux extrémités du bobinage d'excitation du rotor. Des balais appartiennent à un porte-balais et sont disposés de façon à frotter 20 sur les bagues collectrices. Le porte-balais est relié à un régulateur de tension. Lorsque le bobinage d'excitation est alimenté électriquement à partir des balais, le rotor, en matériau ferromagnétique, est magnétisé et devient un rotor inducteur avec formation de pôles magnétiques au niveau des dents des roues polaires. Ce rotor inducteur crée un courant induit alternatif dans le stator induit lorsque 25 l'arbre tourne, le ou les ponts redresseurs permettant de transformer le courant alternatif induit en un courant continu, notamment pour alimenter les charges et les consommateurs du réseau de bord du véhicule automobile, ainsi que pour recharger la batterie dudit véhicule. Les performances, à savoir la puissance et le rendement, de la machine 30 électrique tournante peuvent encore être augmentées en utilisant un certain nombre d'aimants permanents, par exemple douze ou seize aimants, disposés de manière symétrique par rapport à l'axe du rotor et interposés entre deux dents adjacentes à la périphérie interne du stator. 3040835 3 Les aimants permanents peuvent être insérés aux roues polaires par sertissage ou en forge. Le sertissage a l'inconvénient d'être une opération longue qui allonge l'assemblage de l'arbre sur le rotor, en effet le temps de cycle du sertissage est important et il peut constituer un goulot d'étranglement de la ligne de production. 5 L'insertion en forge quant à elle accélère les opérations d'assemblage mais nécessite un centrage précis de l'arbre. Il est connu de l'art antérieur d'utiliser un arbre comportant des gorges pour un arrêt axial et un moletage droit pour un arrêt en rotation comme décrit dans le document FR2905806. Ce type d'arbre présente l'inconvénient de ne pas assurer un 10 centrage des roues polaires par rapport à l'arbre qui soit compatible avec des roues polaires avec aimants forgés. Il est connu de l'art antérieur d'utiliser des arbres comportant une zone de centrage, mais pas de moletage dédié à la tenue en rotation des roues polaires ni d'appui ou collerette. Ces systèmes présentent l'inconvénient de ne pas garantir une 15 tenue axiale satisfaisante des roues polaires. Aucun des systèmes actuels ne permet de répondre simultanément à tous les besoins requis, à savoir de permettre l'utilisation des roues polaires avec slots forgées, qui nécessite un centrage précis et une tenue axiale des roues polaires, combiné à une application serrage renforcé permettant une tenue radiale des roues 20 polaires. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. 25 A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise une machine électrique tournante comportant une roue polaire avant, une roue polaire arrière et un arbre comportant quatre tronçons, de diamètres respectifs D1, D2, D3, D4, répartis axialement dans laquelle: le premier tronçon comporte un moletage configuré pour assurer une tenue 30 radiale entre l'arbre et la roue polaire avant, le deuxième tronçon est configuré pour permettre l'indexation et le centrage des roues polaires avant et arrière, le troisième tronçon comporte un moletage configuré pour assurer une tenue radiale entre l'arbre et la roue polaire arrière et 3040835 4 - le quatrième tronçon comporte une collerette configurée pour assurer la tenue axiale entre l'arbre et au moins une roue polaire, et dans laquelle les diamètres de l'arbre respectent la relation suivante : D1 REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10) comportant une roue polaire avant (230), une roue polaire arrière (205) et un arbre (100) comportant quatre tronçons (110, 115, 120, 125), de diamètres respectifs (D1, D2, D3, D4), répartis axialement caractérisée en ce que: le premier tronçon (110) comporte un moletage (130) configuré pour assurer une tenue radiale entre l'arbre (100) et la roue polaire avant (230), le deuxième tronçon (115) est configuré pour permettre l'indexation et le centrage des roues polaires avant et arrière (230, 205), le troisième tronçon (120) comporte un moletage (135) configuré pour assurer une tenue radiale entre l'arbre (100) et la roue polaire arrière (205) et le quatrième tronçon (125) comporte une collerette (140) configurée pour assurer la tenue axiale entre l'arbre (100) et au moins une roue polaire (205, 230), et en ce que les diamètres (D1, D2, D3, D4) de l'arbre (100) respectent la relation suivante : D1 2. Machine électrique tournante (10), selon la revendication 1, dans laquelle la roue polaire arrière (205) comporte : une zone de serrage (210) complémentaire d'au moins une partie du premier tronçon (110) et une zone de centrage (215) complémentaire d'au moins une partie du deuxième tronçon (115), et la roue polaire avant (230) comporte : une zone de centrage (220) complémentaire d'au moins une partie du deuxième tronçon (115) et une zone de serrage (225) complémentaire d'au moins une partie du troisième tronçon (120). 3040835 17 3. Machine électrique tournante (10), selon la revendication 2, dans laquelle la zone de centrage (215) de la roue polaire arrière (205) et la zone de centrage (220) de la roue polaire avant (230) sont de longueurs différentes. 5 4. Machine électrique tournante (10), selon la revendication 3, dans laquelle la longueur de la roue polaire arrière (205) est inférieure à la somme des longueurs des zones de centrage des roues polaires arrière et avant (215 et 220). 5. Machine électrique tournante (10), selon l'une des revendications 1 à 3, dans 10 laquelle seulement une partie du moletage (130) du premier tronçon (110) est recouverte par la roue polaire avant (230). 6. Machine électrique tournante (10), selon l'une des revendications 1 à 5, qui comporte au moins un moletage (130, 135) dit pointe à pointe dans lequel la base 15 des protubérances (405) successives formant le moletage sont en contact les unes avec les autres. 7. Machine électrique tournante (10), selon l'une des revendication 1 à 6, qui comporte au moins un moletage (130, 135) dit à pointes écartées dans lequel la 20 base de deux protubérances (410) successives formant le moletage sont séparées entre elles par une surface sensiblement plane. 8. Procédé d'assemblage (30) d'une machine électrique tournante (10) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 25 emmanchement 305 de l'arbre 100 sur les roues polaires avant et arrière, indexation 310 des zones de centrage des roues polaire avant et arrière sur le deuxième tronçon de l'arbre, serrage 315 de la zone de serrage de la roue polaire arrière sur le premier tronçon de l'arbre, 30 serrage 320 de la zone de serrage de la roue polaire avant sur le troisième tronçon de l'arbre et mise en butée 335 de la roue polaire arrière sur la collerette du quatrième tronçon.