Brevet FR3083026A1 — publié le 20191227

PROCÉDÉ DE CONNEXION DE FILS SUR UN COLLECTEUR DE MOTEUR ÉLECTRIQUE La présente invention porte sur un procédé de connexion de fils sur un collecteur de moteur électrique. On connaît des démarreurs pour véhicule automobile munis d'un stator, ou inducteur, comportant plusieurs aimants permanents ou des pôles bobinés (électroaimants) et d'un rotor, ou induit, doté d'un corps de forme cylindrique et d'un bobinage formé par des fils conducteurs. De façon connue en soi, le corps du rotor consiste en un paquet de tôles présentant des encoches longitudinales. Pour former le bobinage, des fils conducteurs en forme d'épingle sont enfilés à l'intérieur des encoches généralement sur deux couches distinctes. Le rotor comporte en outre un collecteur muni de lames électriquement conductrices qui s'étendent côte à côte sur la périphérie externe d'un support réalisé en matériau plastique. Ces lames conductrices sont destinées à coopérer avec des balais du moteur électrique, afin d'assurer la commutation de courant à l'intérieur des fils du bobinage. Chacune des lames est prolongée par un talon ayant une encoche dans laquelle sont positionnées deux extrémités de fils du bobinage. La connexion des extrémités de fils sur le collecteur est généralement réalisée par soudure à ultrasons, par sertissage à chaud, ou par brasage par résistance avec apport de métal. L'apport de métal est obtenu par l'utilisation d'un manchon disposé autour des fils ou par un dépôt d'un revêtement étamé sur le collecteur. Une frette réalisée dans un matériau isolant est disposée sur les fils autour du collecteur pour renforcer la tenue en centrifugation des liaisons électriques préalablement réalisées. Ces procédés connus induisent un temps de cycle important, dans la mesure où les opérations de soudage doivent être répétées pour chaque encoche du collecteur et qu'il est ensuite nécessaire de mettre en place la frette de maintien. En outre, les opérations de soudage peuvent affecter thermiquement les zones situées autour de la source de chaleur. La 2 nécessité de prévoir un apport de matériau complexifie également certains procédés connus et augmente le coût de fabrication du rotor. L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de connexion de fils sur un collecteur, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape d'insertion d'extrémités de fils d'un bobinage à l'intérieur d'encoches reliées électriquement à des lames sur lesquels sont destinés à venir frotter des balais, - une étape de positionnement d'une bague sur les extrémités de fils autour 10 des encoches, ladite bague comportant au moins une portion réalisée dans un matériau électriquement conducteur, et - une étape d'application d'un champ magnétique pour projeter la bague vers les encoches du collecteur, de manière à fermer lesdites encoches et déformer les extrémités de fils à l'intérieur des encoches pour établir une 15 liaison électrique entre les extrémités de fils situées à l'intérieur de chaque encoche et une lame correspondante du collecteur. L'invention permet ainsi de réduire la durée de cycle de fabrication du rotor en ayant à effectuer une seule opération d'établissement des connexions au lieu de réaliser une opération de soudage par encoche. L'invention évite 20 également d'avoir à mettre en place la frette au cours d'une étape s'ajoutant à la phase de soudure. L'invention présente également un caractère économique, dans la mesure où elle ne nécessite pas de matériau d'apport de soudure. En outre, la phase d'établissement des connexions électriques entre les extrémités de fils et les lames du collecteur est effectuée à froid, ce 25 qui évite toute détérioration du collecteur dans les zones situées à proximité des connexions. Selon une mise en oeuvre, avant l'étape d'application du champ magnétique, au moins une extrémité de fil dépasse radialement d'une encoche correspondante. 30 Selon une mise en oeuvre, la bague comporte une portion externe réalisée dans un matériau électriquement conducteur et une portion interne réalisée dans un matériau électriquement isolant. 3 Selon une mise en oeuvre, la portion externe et la portion interne de la bague forment une pièce monobloc. Selon une mise en oeuvre, les extrémités de fils sont disposées radialement l'une au-dessus de l'autre à l'intérieur d'une encoche. 5 Selon une mise en oeuvre, les extrémités de fils sont disposées l'une à côté de l'autre à l'intérieur d'une encoche. Selon une mise en oeuvre, une encoche est ménagée dans un talon d'une lame du collecteur correspondant. Selon une mise en oeuvre, les fils du rotor sont réalisés en cuivre 10 ou en aluminium. L'invention a également pour objet un rotor de démarreur de moteur thermique comportant: - un collecteur muni d'une pluralité d'encoches reliées électriquement à des lames sur lesquelles sont destinés à venir frotter des balais, 15 - un bobinage formé par des fils ayant des extrémités insérées dans des encoches correspondantes, - chaque encoche comportant au moins deux extrémités de fils, - une bague disposée autour des encoches, caractérisé en ce que la bague comporte au moins une portion réalisée dans 20 un matériau électriquement conducteur, ladite bague maintenant les extrémités de fils déformées à l'intérieur des encoches pour établir une liaison électrique entre les extrémités de fils situées à l'intérieur de chaque encoche et une lame correspondante du collecteur. Selon une réalisation, la bague comporte une portion externe réalisée dans 25 un matériau électriquement conducteur et une portion interne réalisée dans un matériau électriquement isolant. Selon une réalisation, une surface extérieure de la portion externe est dépourvue de trace de déformation. Selon une réalisation, la portion externe et la portion interne de la bague 30 forment une pièce monobloc. 4 L'invention concerne en outre un démarreur pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un rotor tel que précédemment défini. 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 s titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 montre une vue en perspective d'un rotor de démarreur selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du rotor de démarreur selon la présente invention; 10 La figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de sertissage à froid par impulsion magnétique permettant de réaliser les liaisons électriques entre les fils du bobinage rotorique et les lames du collecteur; Les figures 4a et 4b sont des représentations schématiques d'un premier mode de réalisation de l'invention illustrant un positionnement d'une bague et 15 de fils d'extrémités à l'intérieur d'une encoche respectivement avant et après application d'un champ magnétique; Les figures 5a et 5b sont des représentations schématiques d'un deuxième mode de réalisation de l'invention illustrant un positionnement d'une bague et de fils d'extrémités à l'intérieur d'une encoche respectivement avant et après 20 application d'un champ magnétique. Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre. Les figures 1 et 2 montrent un rotor 10 d'axe X comportant un corps 11 monté sur un arbre 12. Ce corps 11 en forme de paquet de tôles feuilletées 25 présente une périphérie externe de forme cylindrique. Des encoches 14 sont ménagées longitudinalement à la périphérie externe du corps 11. Pour former le bobinage, un ensemble de fils conducteurs 15 sont enfilés à l'intérieur de ces encoches 14 pour former un bobinage rotorique 16. 5 Plus précisément, chaque fil 15 revêtu d'une couche électriquement isolante 15, telle que de l'émail, comporte deux branches reliées entre elles par une portion de liaison de manière à former un U. Les fils 15 sont insérés à l'intérieur des encoches 14 sur deux couches distinctes : la couche 5 supérieure et la couche inférieure. Si une des branches d'un fil 15 est positionnée dans la couche inférieure alors l'autre branche se situe dans la couche supérieure et inversement. La section des fils 15 peut être ronde, carrée, ou rectangulaire. Les parties des fils 15 s'étendant en saillie par rapport aux faces d'extrémités du corps de rotor 11 forment 10 les chignons du bobinage 16. Le rotor 10 comporte en outre un collecteur 18 muni de lames 19 électriquement conductrices qui s'étendent côte à côte sur une périphérie externe d'un support 20 électriquement isolant visible sur la figure 2. Le support 20 du collecteur 18 solidaire de l'arbre 12 est, pour une bonne tenue 15 en température, en matière plastique thermodurcissable, telle qu'une matière plastique phénolique thermodurcissable par exemple de la bakélite. Ces lames conductrices 19 s'étendent sensiblement longitudinalement suivant l'axe X du rotor 10. Des balais (non représentés) sont destinés à venir frotter contre les lames 19. Les lames 19 sont prolongées chacune par 20 un talon 22 d'orientation radiale par rapport à l'axe X du rotor 10. Chaque talon 22 comprend une encoche 23 dans laquelle sont positionnées deux extrémités de fils 15' du bobinage 16. Une encoche 23 est ainsi reliée électriquement à une lame 19 correspondante via un talon 22. On décrit ci-après le procédé de réalisation des connexions des extrémités 25 de fils à l'intérieur des encoches 23 au moyen d'un dispositif de sertissage à froid 25 par impulsion magnétique montré sur la figure 3. Ce dispositif 25 génère une force électromagnétique élevée permettant de lier mécaniquement des pièces entre elles. A cet effet, le dispositif 25 comporte une source de tension 26 reliée à une 30 batterie de condensateurs 27 par l'intermédiaire d'un transformateur 28. Ces condensateurs 27 sont destinés à assurer l'alimentation d'une bobine 29 disposée autour des pièces à sertir mais sans être en contact avec celles-ci. 6 Les pièces à sertir à froid sont constituées ici par une bague 30 et le collecteur 18. Cette bague 30 est disposée sur les extrémités de fils 15' autour des encoches 23. Deux extrémités de fils 15' du bobinage 16 auront préalablement disposées à l'intérieur de chaque encoche 23. La bague 30 de forme annulaire d'orientation axiale comporte une portion radialement externe 31 réalisée dans un matériau électriquement conducteur et une portion radialement interne 32 réalisée dans un matériau électriquement isolant, tel que cela est montré sur la figure 4a. Suivant un exemple de réalisation, la portion externe 31 de la bague 30 io pourra être réalisée en cuivre, en argent, en or, en aluminium, en fer, ou en acier. Avantageusement, on utilise le cuivre qui est un très bon conducteur et qui évite des risques de corrosion du fait de l'appui de la bague 30 sur les fils du bobinage réalisés également en cuivre. Le choix du matériau est effectué en fonction de l'épaisseur de peau pour la circulation du courant électrique 15 (l'épaisseur de peau est d'environ 0,2 mm pour le cuivre, 0,1 mm pour l'aluminium, de 0,9 mm pour l'acier) et de la vitesse de compression de la matière souhaitée (la vitesse de compression du cuivre est inférieure à celle de l'aluminium par exemple). La portion interne 32 de la bague 30 est réalisée dans un matériau isolant 20 pour éviter la mise en court-circuit des lames 19 du collecteur 18. Dans l'application, la portion est avantageusement réalisée en matière plastique, notamment dans un plastique injecté soufflé qui est utilisé pour la fabrication des bouteilles d'eau. Une telle matière présente l'avantage d'accepter les déformations tout en ayant une "mémoire de forme" pendant l'opération de 25 magnéto-sertissage. Une autre matière ayant un niveau de dureté intermédiaire entre le caoutchouc (trop mou) et le mica (trop rigide) est envisageable. Suivant un mode de réalisation particulier non limitatif, l'épaisseur de la portion externe 31 de la bague 30 est par exemple de l'ordre de lmm. Par de 30 "l'ordre de", on entend une variation possible de plus ou moins 10% autour de cette valeur. L'épaisseur de la portion interne 32 est comprise par exemple entre 0,5 et 0,8mm. 7 Avantageusement, la portion externe 31 et la portion interne 32 de la bague 30 forment une pièce monobloc. Les portions 31, 32 pourront ainsi être collées, rivetées, ou soudées entre elles. Les portions 31, 32 pourront également être assemblées entre elles par des moyens d'encliquetage ou 5 tout autre moyen adapté à l'application. En variante, les portions externe 31 et interne 32 sont distinctes l'une de l'autre. Ainsi, durant le cycle de magnéto-sertissage ou de sertissage par impulsion magnétique, une grande quantité d'énergie électrique est emmagasinée dans un premier temps à l'intérieur des condensateurs 27. Un interrupteur de 10 commande 33 est ensuite fermé pour libérer cette énergie électrique sur une durée très courte comprise entre 10-7 et 10-4 seconde. Le flux élevé d'énergie traverse la bobine 29 qui génère un champ magnétique induisant des courants de Foucault. Comme cela est illustré par les figures 4a et 4b, une force électromagnétique 15 F élevée est alors appliquée sur la bague 30 en direction des encoches 23 du collecteur 18, de sorte que la bague 30 est projetée à grande vitesse vers encoches 23. La bague 30 déforme les extrémités de fils 15' à l'intérieur des encoches 23 pour établir une liaison électrique entre les extrémités de fils 15' situées à l'intérieur de chaque encoche 23 et une lame 19 correspondante du 20 collecteur 18. L'impulsion magnétique et la très grande vitesse de déformation transforment le métal de la portion externe 31 en le faisant passer de l'état solide à un état élasto-visco-plastique, ce qui augmente sa formabilité sans pour autant affecter la résistance initiale du matériau. La portion externe 31 est alors 25 plastifiée dans la masse dans son état final. Cela est effectué sans retour élastique de la matière contrairement à un sertissage mécanique qui dans le temps peut se dégrader en fonction des sollicitations soumises. La bague 30 permet d'assurer une retenue radiale pour éviter que les effets de la force centrifuge s'exercent sur les liaisons entre les extrémités de fils 30 15' et les talons 22. La portion interne 32 de la bague 30 réalisée en matériau électriquement isolant permet d'éviter la formation de court-circuit dans le bobinage rotorique 16. 8 Afin d'optimiser l'assemblage final, avant l'étape d'application du champ magnétique, au moins une extrémité de fil 15' dépasse radialement d'une encoche 23 correspondante. Dans le mode de réalisation des figures 4a et 4b, les extrémités de fils 15' sont disposées radialement l'une au-dessus de 5 l'autre à l'intérieur d'une encoche 23. Une portion de l'extrémité de fil 15' la plus externe dépasse de l'encoche 23. Dans le mode de réalisation des figures 5a et 5b, les extrémités de fils 15' sont disposées l'une à côté de l'autre à l'intérieur d'une encoche 23. Chaque extrémité de fil 15' présente alors une portion qui dépasse radialement de l'encoche 23. 10 Dans un exemple de réalisation, les lames 19 et les talons 22 sont réalisées en cuivre tandis que les fils 15 du bobinage 16 pourront être réalisés en cuivre ou en aluminium. Le procédé de sertissage par impulsion magnétique présente l'avantage d'être réalisé à froid. En effet, les matériaux n'atteignent pas plus de 30°C. Il 15 n'existe donc pas de zone affectée thermiquement et le matériau ne perd pas ses propriétés. En outre, le procédé est basé sur la génération d'une pression de contact pour réaliser les liaisons électriques et non d'une chaleur, de sorte que tous les problèmes conventionnels de soudage dus au cycle de chaleur et à la perte des propriétés du matériau sont évités. 20 On remarque également que lors de la mise en oeuvre d'un procédé classique de sertissage mécanique ou un emmanchement "serré", il se produit systématiquement une déformation plus ou moins importante de la surface extérieure de la bague. Cette déformation est visible en fonction de l'application à l'oeil nu ou avec un microscope si la déformation est minime. 25 En revanche, dans l'invention, la portion externe 31 de la bague 30 présente un diamètre réduit après l'application du champ magnétique mais sa surface extérieure est dépourvue de trace de déformation. Le rotor 10 pourra comporter à une extrémité de son arbre 12 une roue d'engrenage 35 située du côté opposé du collecteur 18 et destinée à former 30 un planétaire dans un système de réduction de vitesse à train épicycloïdal d'un démarreur, comme décrit par exemple dans le document FR2787833. 9 L'invention a également pour objet le démarreur équipé du rotor 10 précédemment décrit. 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 différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Procédé de connexion de fils sur un collecteur (18), caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape d'insertion d'extrémités de fils (15') d'un bobinage (16) à l'intérieur d'encoches (23) reliées électriquement à des lames (19) sur lesquels sont destinés à venir frotter des balais, - une étape de positionnement d'une bague (30) sur les extrémités de fils (15') autour des encoches (23), ladite bague (30) comportant au moins une portion réalisée dans un matériau électriquement conducteur, et - une étape d'application d'un champ magnétique pour projeter la bague (30) vers les encoches (23) du collecteur (18), de manière à fermer lesdites encoches (23) et déformer les extrémités de fils (15') à l'intérieur des encoches (23) pour établir une liaison électrique entre les extrémités de fils (15') situées à l'intérieur de chaque encoche (23) et une lame (19) correspondante du collecteur (18). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, avant l'étape d'application du champ magnétique, au moins une extrémité de fil (15') dépasse radialement d'une encoche (23) correspondante, 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la 20 bague (30) comporte une portion externe (31) réalisée dans un matériau électriquement conducteur et une portion interne (32) réalisée dans un matériau électriquement isolant. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la portion externe (31) et la portion interne (32) de la bague (30) forment 25 une pièce monobloc. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en oe que les extrémités de fils (15') sont disposées radialement l'une au-dessus de l'autre à l'intérieur d'une encoche (23). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 30 caractérisé en ce que les extrémités de fils (15') sont disposées l'une à côté de l'autre à l'intérieur d'une encoche (23) 2 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une encoche (23) est ménagée dans un talon (22) d'une lame (19) du collecteur (18) correspondant. 8. Rotor comportant: - un collecteur (18) muni d'une pluralité d'encoches (23) reliées électriquement à des lames (19) sur lesquelles sont destinés à venir frotter des balais, - un bobinage (16) formé par des fils (15) ayant des extrémités (15') insérées dans des encoches (23) correspondantes, 10 - chaque encoche (23) comportant au moins deux extrémités de fils (151 - une bague (30) disposée autour des encoches (23), caractérisé en ce que la bague (30) comporte au moins une portion réalisée dans un matériau électriquement conducteur, ladite bague (30) 15 maintenant les extrémités de fils (15') déformées à l'intérieur des encoches (23) pour établir une liaison électrique entre les extrémités de fils (15') situées à l'intérieur de chaque encoche (23) et une lame (19) correspondante du collecteur (18). 9. Rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bague (30) 20 comporte une portion externe (31) réalisée dans un matériau électriquement conducteur et une portion interne (32) réalisée dans un matériau électriquement isolant. 10. Rotor selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la portion externe (31) et la portion interne (32) de la bague (30) forment une 25 pièce monobloc. 11. Démarreur pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un rotor tel que défini selon l'une quelconque des revendications 8 à 10.