Brevet FR3063586A1 — publié le 20180907

ROTOR DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'AU MOINS UN ROULEMENT À VENTILATEUR INTÉGRÉ La présente invention porte sur un rotor de machine électrique tournante muni d'au moins un roulement à ventilateur intégré. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs et des machines électriques réversibles pour véhicule automobile. Un alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique. Une machine réversible permet également de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique, notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. De façon connue en soi, un alternateur tel que décrit dans le document EP0762617 comporte 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 entrefer. Une poulie est fixée sur l'extrémité avant de l'arbre. Le stator comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches pour le montage des enroulements de phase du bobinage statorique. Ces enroulements de phase sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à un module électronique de puissance comportant des éléments redresseurs, tels que des diodes ou des transistors. Par ailleurs, le rotor comporte un corps formé par deux roues polaires ayant chacune un plateau d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes. Les griffes d'une roue sont dirigées axialement vers le plateau de l'autre roue. Chaque griffe d'une roue polaire pénètre dans l'espace existant entre deux griffes voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Le rotor peut comporter des aimants pour améliorer les performances magnétiques de la machine électrique. Les paliers du carter comportent des ouvertures sensiblement 30 latérales en vue de permettre le refroidissement de l'alternateur par circulation d'air engendrée par la rotation de ventilateurs positionnés sur les 3063586 2 faces d'extrémité du rotor. Les ventilateurs sont fixés généralement par soudage sur les faces d'extrémité du corps de rotor. Or, une telle opération est susceptible, du fait du passage des courants de soudure, de causer une détérioration des 5 aimants du rotor. En outre, elle prend du temps lors du procédé de fabrication de la machine électrique. L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un rotor de machine électrique tournante notamment de véhicule automobile. Selon l'invention, le rotor comporte : 10 - un arbre s'étendant suivant un axe ; - un corps de rotor monté sur l'arbre ; - au moins un roulement monté sur l'arbre ; et - un ventilateur monté sur l'arbre et disposé axialement entre le roulement et le corps de rotor. 15 En outre selon l'invention, le ventilateur est fixé sur le roulement. Ainsi, le ventilateur et le roulement forme une seule pièce solidaire mécaniquement. L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation du roulement à ventilateur intégré, d'économiser une étape de fixation par soudage du ventilateur sur le corps du rotor. Cela permet également de remplacer les 20 deux étapes d'insertion individuelle du ventilateur puis du roulement par une seule étape d'insertion des deux pièces formant un ensemble. Le procédé de montage du rotor est donc simplifié et plus rapide. En outre, avec la suppression de l'étape de soudure du ventilateur sur le corps de rotor, les aimants du rotor ne sont plus affectés par le passage du 25 courant de soudure. De plus, la présente invention peut permettre d'équilibrer le rotor directement sur une face d'extrémité axiale qui peut être dégagée grâce à la fixation du ventilateur sur le roulement. Selon une réalisation, le ventilateur est fixé sur le roulement par sertissage, soudage, ou collage. Selon une réalisation, le roulement comporte une bague interne et une 3063586 3 bague externe. Dans cette réalisation, le ventilateur comporte une portion externe portant des pales, un rebord interne fixé sur la bague interne du roulement et une coupelle de liaison entre le rebord interne et la portion externe portant les pales. 5 Selon une réalisation, les pales sont dirigées axialement du côté opposé au corps de rotor. Selon une réalisation, les pales sont dirigées axialement du côté du corps de rotor. Selon une réalisation, le rotor comporte, en outre, une bobine 10 d'excitation enroulée sur une partie du corps de rotor et des pattes de connexion de la bobine d'excitation sont situées entre la coupelle de liaison et une face d'extrémité axiale du corps de rotor. Cela permet d'assurer une protection des pattes par rapport à l'environnement extérieur. Selon une réalisation, la bague interne comporte un dégagement pour 15 recevoir le rebord interne du ventilateur. Selon une réalisation, la portion externe portant les pales est fixée sur une face d'extrémité du corps de rotor. Selon une réalisation, le ventilateur comporte des moyens d'indexage angulaire par rapport au corps de rotor. On garantit ainsi un positionnement 20 angulaire correct des pales du ventilateur par rapport au rotor. Selon une réalisation, le ventilateur est prolongé par un porte-cible de forme annulaire appartenant à des moyens de suivi de la position angulaire du rotor. Selon une réalisation, ledit rotor comporte un deuxième ventilateur 25 superposé radialement par rapport au ventilateur intégré au roulement. Selon une réalisation, l'ensemble formé par le roulement et le ventilateur est monté par emmanchement sur l'arbre. Cela permet de supprimer l'opération de centrage du ventilateur par rapport à l'arbre et d'améliorer la précision de centrage du ventilateur sur l'arbre. 3063586 4 Selon un autre aspect, l'invention a pour objet une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor tel que précédemment défini. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit 5 et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un alternateur selon la présente invention ; La figure 2 est une vue en coupe du roulement à ventilateur intégré 10 selon la présente invention ; La figure 3 est une vue en perspective éclatée du rotor selon l'invention ; La figure 4 est une vue en perspective du rotor de la figure 3 dans un état assemblé ; 15 La figure 5 est une vue en coupe longitudinale partielle de l'arrière de l'alternateur selon l'invention illustrant le montage du roulement à ventilateur intégré selon l'invention sur l'arbre ; La figure 6 est une vue illustrant une première variante de réalisation de roulement à ventilateur intégré selon la présente invention ; 20 La figure 7 est une vue illustrant une deuxième variante de réalisation de roulement à ventilateur intégré selon la présente invention ; La figure 8 est une vue en perspective illustrant une configuration de rotor selon l'invention comportant deux ventilateurs sur une de ses faces d'extrémité. 25 Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. On a représenté, sur la figure 1, une machine électrique tournante 10 compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. Cette machine 3063586 5 électrique tournante 10 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Une telle machine 10 réversible permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. 5 Cette machine électrique tournante 10 comporte un carter 11 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes 12 comportant un arbre 13 d'axe X, et un stator 16 qui entoure le rotor 12. Une poulie 14 est fixée sur l'arbre 13. Cette poulie appartient à un dispositif de transmission de mouvement à courroie entre la machine électrique tournante 10 et le moteur thermique du 10 véhicule automobile. L'axe X de l'arbre 13 forme l'axe de rotation du rotor 12. Le stator 16 comporte un corps 19 en forme d'un paquet de tôles doté de dents délimitant des encoches pour le montage des phases du stator. Chaque phase comporte au moins un enroulement traversant les encoches du corps 19 du stator 16 et forme, avec toutes les phases, un chignon avant 15 20 et un chignon arrière 21 de part et d'autre du corps de stator 19. 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 20 étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à un module de puissance 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 FR2745445. Le rotor 12 comporte, en outre, un corps 22 formé par deux roues 25 polaires 24, 25 présentant chacune un plateau 28 d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes 29 par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les griffes 29 d'une roue 24, 25 sont dirigées axialement vers le plateau 28 de l'autre roue. Chaque griffe 29 d'une roue polaire 24, 25 pénètre dans l'espace existant entre deux griffes 29 30 voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les griffes 29 des roues polaires 24, 25 sont imbriquées les unes par rapport aux autres. La périphérie externe des griffes 29 définit avec la périphérie interne 3063586 6 du corps 19 du stator 16 un entrefer entre le stator 16 et le rotor 12. Un noyau cylindrique 30 est intercalé axialement entre les plateaux 28 des roues 24, 25. En l'occurrence, le noyau 30 consiste en deux demi-noyaux appartenant chacun à l'un des plateaux 28. Ce noyau 30 porte à sa 5 périphérie externe une bobine d'excitation 31 bobinée dans un isolant intercalé radialement entre le noyau 30 et la bobine 31. Par ailleurs, le carter 11 comporte des paliers avant 35 et arrière 36 assemblés l'un avec l'autre. Les paliers 35, 36 sont de forme creuse et sont chacun en contact centralement un roulement à billes 37 pour le montage à 10 rotation de l'arbre 13 du rotor. Le palier arrière 36 porte un porte-balais 40 muni de balais 41 destinés à venir frotter contre des bagues 44 d'un collecteur 45 reliées par des liaisons filaires au bobinage d'excitation 31. Les balais 41 sont reliés électriquement à un régulateur de tension. Les paliers avant 35 et arrière 36 comportent des ouvertures 15 sensiblement latérales avant 50 et arrière 51 en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante 10 par circulation d'air engendrée par la rotation de ventilateurs 48. Les ouvertures latérales avant 50 et arrière 51 sont situées en regard des chignons respectivement avant 20 et arrière 21. 20 Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 2, chaque roulement 37 d'axe Y comporte une bague interne 371 et une bague externe 372. Un ventilateur 48 est fixé sur la bague interne 371 du roulement 37 correspondant. Dans une variante de réalisation, le ventilateur 48 pourra être fixé sur la bague externe 372. 25 De préférence, le ventilateur 48 est fixé sur la bague interne 371 par sertissage. En variante, le ventilateur 48 pourrait être fixé par soudage ou collage. L'ensemble formé par le roulement 37 et le ventilateur 48 intégré est monté emmanché sur l'arbre 13, tel que cela est illustré sur les figures 3, 4, 30 et 5. La bague interne 371 est ainsi montée sur l'arbre 13 via un ajustement serré. 3063586 7 En l'occurrence, comme cela est visible sur les figures 2 et 5, le ventilateur 48 comporte une portion 53 radialement externe portant des pales 54 dirigées axialement du côté opposé au corps de rotor 22, un rebord 55 radialement interne fixé sur la bague interne 371 du roulement 37, et une 5 coupelle de liaison 56 assurant une liaison entre le rebord interne 55 et la portion externe 53 portant les pales 54. De préférence, la configuration du ventilateur 48 est telle que les pales 54 sont déportées axialement par rapport au rebord interne 55. Cela permet d'optimiser le soufflage de l'air sur les chignons du bobinage 20 et 21. 10 Dans cet exemple, la bague interne 371 comporte un dégagement 58 pour recevoir le rebord interne 55 du ventilateur 48. Le dégagement 58 est réalisé de manière à éviter toute irrégularité de surface à la périphérie interne du roulement 37. Le rebord interne 55 du ventilateur 48 délimite ainsi une ouverture pour le passage de l'arbre 13 et est intercalé radialement entre la 15 périphérie externe de l'arbre 13 et la périphérie interne de la bague 371. La portion externe 53 du ventilateur 48 portant les pales 54 pourra être fixée sur la face d'extrémité correspondante du corps de rotor 22. A cette fin, un dépôt de colle ou de résine pourra être réalisé sur la face de contact du ventilateur 48 et/ou sur la face d'appui de la roue polaire 24, 25 20 avant l'emmanchement du roulement 37 sur l'arbre 13. Lors de l'imprégnation du rotor 12, le vernis pourra également participer à la tenue en vibration du ventilateur 48. Par ailleurs, comme cela est illustré par les figures 3 et 4, une fois l'ensemble formé par le ventilateur 48 et le roulement 37 monté sur l'arbre 25 13, les axes X et Y sont confondus. De plus, le ventilateur 48 pourra comporter des moyens d'indexage 57 angulaire par rapport au corps de rotor 22, afin de garantir un positionnement angulaire correct des pales 54 du ventilateur 48. Ces moyens d'indexage 57 pourront être constitués par un ou plusieurs trous ménagés dans le 30 ventilateur 48 et destinés à coopérer avec un ou plusieurs éléments saillants de forme complémentaire issus du corps de rotor 22. En variante, la structure des moyens d'indexage 57 pourra bien entendu être inversée, c'est-à-dire que les éléments saillants sont portés par le ventilateur 48 et les trous 3063586 8 correspondants sont ménagés dans le corps de rotor 22. Pour le ventilateur 48 situé du côté du collecteur, des pattes de connexion 60 de la bobine d'excitation 31 pourront avantageusement être situées entre la coupelle de liaison 56 et une face d'extrémité axiale du corps 5 de rotor 22, tel que cela est illustré par la figure 5. Cela permet d'assurer une protection des pattes par rapport à l'environnement extérieur. En variante, dans le mode de réalisation de la figure 6, les pales 54 sont dirigées axialement du côté du corps de rotor 22. Autrement dit, les pales 54 s'étendent dans une direction opposée à celle du roulement 37. 10 Dans le mode de réalisation de la figure 7, le ventilateur 48 est prolongé par un porte-cible 61 annulaire appartenant à des moyens de suivi de la position angulaire du rotor 12. Le porte-cible 61 comporte une paroi annulaire sur la périphérie interne de laquelle est fixée une cible, réalisée par exemple en plasto-aimant. Cette cible est destinée à être située en regard 15 d'au moins un capteur de champ magnétique, notamment à effet Hall, qui est immobile par rapport au rotor 12. Dans le mode de réalisation de la figure 8, un deuxième ventilateur 48' est fixé sur la face d'extrémité du corps de rotor 22. Ce deuxième ventilateur 48' pourra consister en un ventilateur classiquement fixé sur une face 20 d'extrémité du corps de rotor 22. Ce deuxième ventilateur 48' est superposé radialement par rapport au ventilateur 48 intégré au roulement 37. Les pales 54' du deuxième ventilateur 48' sont implantées suivant un diamètre supérieur à celui suivant lequel sont implantées les pales 54 du ventilateur 48 intégré au roulement 37. Autrement dit, les pales 54' du ventilateur 48' 25 sont situées radialement plus éloigné de l'arbre 13 que des pales 54 du ventilateur 48 intégré au roulement 37. En variante, les pales 54' du ventilateur 48' pourront toutefois être implantées plus proche de l'arbre 13 que des pales 54 du ventilateur 48 intégré au roulement 37. Une telle configuration à double ventilateurs permet d'augmenter le flux d'air de 30 refroidissement de la machine électrique. De préférence, le ventilateur 48 pourra être réalisé dans un matériau plastique ou métallique. Toujours de préférence, le ventilateur arrière pourra 3063586 9 être fixé sur le roulement arrière et le ventilateur avant pourra être fixé sur le roulement avant. En variante, seulement le ventilateur avant ou le ventilateur arrière pourra être fixé sur son roulement associé. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre 5 d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. Par exemple, la figure 1 décrit un ventilateur centrifuge mais on ne sortira pas du cadre de l'invention en remplaçant le ventilateur centrifuge par d'autres types de ventilateur tel que des ventilateurs axiaux. De même, la 10 description décrit un roulement à billes mais on ne sortira pas du cadre de l'invention en remplaçant le roulement à billes par un autre type de roulement tel qu'un roulement à aiguilles. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les 15 autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Rotor de machine électrique tournante (10) notamment de véhicule automobile, le rotor (12) comportant : - un arbre (13) s'étendant suivant un axe (X) ; - un corps de rotor (22) monté sur l'arbre (13) ; - au moins un roulement (37) monté sur l'arbre (13) ; et - un ventilateur (48) monté sur l'arbre (13) et disposé axialement entre le roulement (37) et le corps de rotor (22) ; caractérisé en ce que le ventilateur (48) est fixé sur le roulement (37). 2. Rotor de machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur (48) est fixé sur le roulement (37) par sertissage, soudage, ou collage. 3. Rotor de machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le roulement (37) comporte une bague interne (371) et une bague externe (372) et en ce que le ventilateur (48) comporte une portion externe (53) portant des pales (54), un rebord interne (55) fixé sur la bague interne (371) du roulement (37) et une coupelle de liaison (56) entre le rebord interne (55) et la portion externe (53) portant les pales (54). 4. Rotor de machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pales (54) sont dirigées axialement du côté opposé au corps de rotor (22). 5. Rotor de machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pales (54) sont dirigées axialement du côté du corps de rotor (22). 6. Rotor de machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le rotor (12) comporte, en outre, une bobine d'excitation (31) enroulée sur une partie du corps de rotor (22) et en ce que des pattes de connexion (60) de la bobine d'excitation (31) sont situées entre la coupelle de liaison (56) et une face d'extrémité axiale du corps de rotor (22). 3063586 11 7. Rotor de machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la bague interne (371) comporte un dégagement (58) pour recevoir le rebord interne (55) du ventilateur (48). 8. Rotor de machine électrique tournante selon l'une quelconque des 5 revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la portion externe (53) portant les pales (54) est fixée sur une face d'extrémité du corps de rotor (22). 9. Rotor de machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le ventilateur (48) comporte des moyens d'indexage (57) angulaire par rapport au corps de rotor (22). 10 10. Rotor de machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le ventilateur (48) est prolongé par un porte-cible (61) de forme annulaire appartenant à des moyens de suivi de la position angulaire du rotor. 11. Rotor de machine électrique tournante selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième ventilateur (48') superposé radialement par rapport au ventilateur (48) intégré au roulement (37). 12. Rotor de machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'ensemble formé par le 20 roulement (37) et le ventilateur (48) est monté par emmanchement sur l'arbre (13). 13. Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte un rotor (12) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 25