Brevet FR3079086A1 — publié le 20190920

Arbre rotorique creux pour machine électrique tournante, rotor et procédé associés La présente invention concerne un arbre pour une machine électrique tournante. La présente invention concerne également un rotor pour machine électrique tournante comprenant un tel arbre et un procédé de réalisation d'un tel arbre. Une machine électrique tournante par exemple sans balai, connue sous le terme anglo-saxon « brushless motor » comporte un stator dans lequel est inséré un rotor, et peut peser plusieurs centaines de kilogrammes. Le rotor d'une telle machine peut comporter un bobinage et des ponts de diodes. On a représenté à la figure 1 un exemple de rotor 1 connu de l'état de la technique comportant un axe (A) de révolution. Le rotor 1 comporte un arbre 2 plein s'étendant selon l'axe (A) et comportant deux zones Z1 et Z2 et des taraudages 6. La zone Z1 comporte des enroulements 3 rotoriques bobinés sur l'arbre 2 et la zone Z2 comporte des plateaux de diodes 4 fixés par des vis 5 vissés dans les taraudages 6. L'obtention du rotor 1 comprend des opérations de bobinage des enroulements 3 sur l'arbre 2, d'imprégnation des enroulements par un isolant, de polymérisation de l'isolant et de fixation des plateaux de diodes 4 par l'intermédiaire des vis 5. Les opérations de taraudage, bobinage et fixation des plateaux de diodes sont réalisées en manipulant l'ensemble de l'arbre 2. 2 Comme un arbre rotorique peut par exemple peser plusieurs centaines de kilogrammes, les opérations décrites peuvent être complexe à mettre en oeuvre. De plus, cette masse influe la dynamique du rotor en 5 augmentant son inertie. Les caractéristiques électriques et mécaniques de la machine électrique tournante dans laquelle ce rotor est monté, notamment le couple généré en sortie de l'arbre 2, dépendent de la surface des enroulements 3 répartis sur l'arbre. Par conséquent pour chaque 10 modification des caractéristiques électriques et mécaniques, il est nécessaire de réaliser un nouvel arbre. En d' autres termes, il est nécessaire de réaliser les opérations de taraudage et de bobinage sur l'arbre 2. Aucun prémontage n'est possible. 15 Une méthode de réduction de masse de l'arbre rotorique consiste à aléser une partie de l'intérieur de l'arbre. On a représenté à la figure 2 un arbre 7 rotorique partiellement creux comprenant deux zones Z3 et Z4. La zone Z3 est destinée à recevoir des enroulements rotoriques et la zone Z4 20 comprend des taraudages 9 destinés à recevoir des vis de fixation de plateaux de diodes. De la matière 8 a été retirée de l'arbre dans la zone Z4. Cependant, cette méthode complexifie la réalisation de l'arbre 2. 25 En effet, des opérations supplémentaires d'usinage sont nécessaires et sont susceptibles d'altérer l'intérieur de l'arbre. Il est donc proposé de pallier les inconvénients liés aux méthodes conventionnelles de fabrication d'un rotor pour machine électrique tournante sans balai. 3 Au vu de ce qui précède, il est proposé un arbre rotorique creux pour machine électrique tournante comprenant deux parties. Une première partie comprend un premier élément cylindrique creux et une deuxième partie comprend un deuxième 5 élément cylindrique creux, des sections d'une première extrémité des premier et deuxième éléments étant en contact et solidarisées par des moyens de solidarisation. Selon une autre caractéristique, les moyens de solidarisation comprennent des bossages régulièrement répartis sur une périphérie 10 intérieure de la première extrémité du deuxième élément cylindrique creux formant une deuxième couronne de bossages, chaque bossage comprenant un taraudage, lesdits moyens comprenant une pièce de fixation et des éléments filetés passant chacun par un taraudage différent et coopérant avec la pièce de fixation de sorte que chaque 15 élément fileté soit parallèle à un axe de révolution de l'arbre et maintienne les deux sections et les bossages des premier et deuxième éléments cylindriques creux en contact. Selon un autre mode de réalisation, l'arbre comprend en outre des moyens de guidage configurés pour que les éléments 20 cylindriques creux s'emboîtent. Avantageusement, les moyens de guidage comprennent une couronne lisse débouchante comprenant une section confondue avec la première section du premier élément cylindrique creux suivie d'un premier épaulement et une couronne de bossages comprenant 25 une section libre suivie d'un deuxième épaulement confondu avec la première section du deuxième élément cylindrique creux, un diamètre intérieur de la couronne lisse, un diamètre extérieur de la couronne de bossages et les premier et deuxième épaulements étant configurés de sorte que la surface intérieure de la couronne lisse 30 soit en contact avec la surface intérieure de la couronne de bossages 4 et la surface d'un premier épaulement et la surface d'un deuxième épaulement soient en contact l'une avec l'autre. Selon une autre caractéristique, le premier élément cylindrique creux comprend un tube creux destiné à recevoir des 5 enroulements rotoriques sur son périmètre extérieur. Selon encore une autre caractéristique, le deuxième élément cylindrique creux comprend un tube creux comprenant des trous ajourés, des trous débouchants et une pièce de fixation configurée pour recevoir des moyens de fixation configurés pour maintenir les 10 plateaux de diodes sur le deuxième élément cylindrique creux. Il est proposé selon un autre aspect, un rotor pour machine électrique tournante comprenant un arbre rotorique creux selon l'une des revendications précédentes. Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé 15 d'obtention d'un arbre rotorique creux pour machine électrique tournante comprenant deux parties, chaque partie comprenant un élément cylindrique creux. On met en contact les sections de la première extrémité de chacun des éléments cylindriques creux puis on solidarise les deux 20 éléments l'un avec l'autre. De préférence, on met en contact la surface intérieure d'une couronne lisse incorporée dans la première extrémité d'un premier élément creux cylindrique avec la surface intérieure d'une couronne de bossages incorporée dans la première extrémité d'un deuxième 25 élément creux cylindrique et on met en contact la surface d'un premier épaulement avec la surface d'un deuxième épaulement. Selon une autre caractéristique, on solidarise un premier élément cylindrique creux comprenant une couronne lisse configurée pour accueillir une pièce de fermeture et des trous lisses 30 de guidage configurés pour guider des éléments filetés avec un 5 deuxième élément cylindrique creux comprenant une couronne de bossages comprenant des taraudages configurés pour coopérer avec les éléments filetés en insérant les éléments filetés passant chacun par un taraudage et un trou lisse de guidage différents de sorte que 5 chaque élément fileté soit parallèle à un axe de révolution de l'arbre et maintienne les deux premières sections des premier et deuxième éléments cylindriques creux en contact l'une avec l'autre. D' autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de 10 réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins sur lesquels : - la figure 1, dont il a déjà été fait mention, illustre un rotor d'excitatrice pour machine électrique tournante selon l'état de la technique ; 15 - la figure 2 illustre un arbre rotorique partiellement creux selon l'état de la technique ; - les figures 3 et 4 illustrent un mode de réalisation d'un arbre rotorique comportant des premier et deuxième éléments cylindriques creux ; 20 - les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation d'un premier élément cylindrique creux ; - la figure 7 illustre un mode de réalisation d'un deuxième élément cylindrique creux ; - la figure 8 illustre un mode de réalisation d'un rotor ; et 25 - la figure 9 décrit un procédé de réalisation d'un arbre rotorique. On se réfère aux figures 3 et 4 qui illustrent un mode de réalisation d'un arbre 10 rotorique creux pour machine électrique tournante sans balai comprenant un axe de révolution (R). 6 L'arbre 10 comprend une première partie Z11 comprenant un premier élément cylindrique creux 11 et une seconde partie Z12 comprenant un deuxième élément cylindrique creux 12. Une première section Si d'une première extrémité de 5 l'élément cylindrique 11 est en contact avec une première section S2 d'une première extrémité en regard du deuxième élément cylindrique 12. L'arbre 10 comprend en outre des éléments filetés 13 et une pièce 14 de fermeture. 10 La pièce 14 de fermeture s'encastre dans une seconde extrémité llb du premier élément cylindrique 11 et comprend des trous lisses 15 et un évidement central 16 permettant le passage d'un câblage. Une première extrémité des éléments filetés 13 est fixée 15 dans la première extrémité 12a du deuxième élément cylindrique 12 et une deuxième extrémité des éléments filetés 13 est fixée dans la pièce de fermeture 14 de sorte que la première section Si de la première extrémité 1 la du premier élément cylindrique 11 et la première section S2 de la première extrémité 12a du deuxième 20 élément cylindrique 12 soient maintenues en contact l'une avec l' autre. Le premier élément 11 comprend un tube creux configuré pour recevoir sur son périmètre extérieur des enroulements rotoriques non représentés. 25 Le deuxième élément 12 comprend un tube creux comprenant des trous ajourés 17 débouchant et des trous 18 débouchant comprenant chacun un lamage. Les figures 5 et 6 représentent un mode de réalisation du premier élément cylindrique creux 11. 7 Le premier élément cylindrique 11 comprend un axe de révolution (Al), la première extrémité 11a, la deuxième extrémité 1 lb. La première extrémité lla comprend une première couronne 5 lisse 19 comprenant une section confondue avec la première section Si suivie d'un premier épaulement 20 aptes à recevoir la première extrémité 12a du deuxième élément cylindrique 12. La deuxième extrémité llb comprend une deuxième couronne lisse 21 comprenant une section libre suivie d'une 10 première couronne de bossages 22. Les bossages 23 incorporés dans la première couronne de bossages 22 sont régulièrement répartis sur une périphérie intérieure de la deuxième extrémité llb de l'élément 11 et comprennent chacun un trou lisse de guidage 24 configuré pour guider les éléments filetés 13. 15 La première couronne de bossages 22 comprend une section 22a destinée à être en contact avec la pièce de fermeture 14. Les bossages 23 sont configurés pour que la section 23a de la première couronne de bossage 22 soit suffisamment grande pour maintenir la pièce de fermeture 14 en appui et pour que les bossages 20 23 soient suffisamment rigides pour maintenir les premières sections Si et S2 en contact l'une avec l'autre lorsque la pièce de fermeture 14 est encastrée dans la deuxième couronne lisse 21 et les éléments filetés 13 sont fixés dans la première extrémité 12a du deuxième élément cylindrique 12 et coopèrent avec la pièce de 25 fermeture 14 de sorte que les éléments filetés soient immobilisés dans la pièce 14. Chaque trou 24 est dirigé selon un second axe parallèle à l'axe de révolution (Al) du premier élément 11, par exemple selon un second axe (A2) parallèle à l'axe (Al). 8 On se réfère à la figure 7 qui représente un mode de réalisation de l'élément cylindrique creux 12. L'élément cylindrique 12 comprend un axe de révolution (B1), la première extrémité 12a, les trous ajourés 17 débouchant et 5 les trous 18 débouchant comprenant chacun un lamage. L'extrémité 12a comprend une deuxième couronne de bossages 25 comprenant une section libre suivie d'un deuxième épaulement 26 confondu avec la première section S2 de l'élément 12. 10 La deuxième couronne de bossages 25 comprend des bossages 27 comprenant chacun un taraudage 28 coopérant avec les éléments filetés 13. Chaque taraudage 28 est dirigé selon un axe de taraudage parallèle à l'axe (B1). 15 Les bossages 27 sont régulièrement répartis sur une périphérie intérieure de la première extrémité de l'élément 12 de manière à former la deuxième couronne de bossages 25. Les première et deuxième couronnes de bossages 22 et 25 des éléments cylindriques 11 et 12 comportent le même nombre de 20 bossages disposés de sorte que lorsque les premières sections Si et S2 des éléments 11 et 12 sont en contact, les axes des trous 24 et des taraudages 28 soient confondus. Les premier et deuxième éléments 11 et 12 sont solidarisés par des moyens de solidarisation comprenant les éléments filetés 13, 25 la pièce de fermeture 14 et les taraudages 28 dans la deuxième couronne de bossage 25. L'élément fileté 13 comprend par exemple une vis ou une tige filetée et un écrou comme représenté ici. L'élément fileté 13 est configuré pour que sa première 30 extrémité se visse dans le taraudage 28 et sa deuxième extrémité 9 coopère avec la pièce de fermeture 14 de sorte que lorsque les sections des éléments 11 et 12 sont en contact l'une avec l'autre, l'élément fileté 13 soit parallèle à un axe (R) de révolution de l'arbre et maintienne les deux sections Si et S2 des premières 5 extrémités 11 a et 12a en contact l'une avec l'autre. La première couronne lisse 19, les premier et deuxième épaulements 20 et 26 et la deuxième couronne de bossages 25 sont incorporés dans des moyens de guidage. Un diamètre intérieur de la première couronne lisse, 19 un 10 diamètre extérieur de la deuxième couronne de bossages 25 et les premier et deuxième épaulements 20 et 26 sont configurés de sorte que la surface intérieure de la première couronne lisse 19 soit en contact avec la surface intérieure de la deuxième couronne de bossages 25 et la surface d'un premier épaulement 20 et la surface 15 d'un deuxième épaulement 26 soient en contact l'une avec l'autre. On se réfère à la figure 8 qui illustre schématiquement un mode de réalisation d'un rotor 29 comprenant les éléments 11 et 12, des plateaux 30 de diodes, des enroulements rotoriques 31 et une pièce de fixation 32 des plateaux 30 de diodes. 20 La pièce de fixation 32 est insérée dans le deuxième élément cylindrique 12 et comporte des taraudages. Chaque plateau de diodes 30 est fixé sur l'élément 12 par des moyens de fixation configurés pour maintenir le plateau de diodes sur l'élément 12. 25 Les moyens de fixation peuvent par exemple comprendre des entretoises 30a creuses et des vis 30b. Un plateau de diodes 30 est relié par l'intermédiaire des entretoises à l'élément 12 et maintenu par les vis 30b traversant les entretoises et les trous 18 comprenant chacun un lamage et plaquant 30 le plateau 30 sur les entretoises 20a. 10 Les vis 30b sont vissées dans les taraudages de la pièce de fixation 32 configurés pour accueillir les vis 30b. Les trous débouchant 17 sont disposés de sorte que les plateaux de diodes 30 puissent être fixés sur l'élément 12 et que la 5 rigidité mécanique de l'arbre 10 ne soit pas compromise lorsqu'un rotor comprenant l'arbre est en mouvement. Les trous ajourés 17 allègent l'arbre 10. Par conséquent la réponse dynamique d'un rotor incorporant l'arbre 10 à un champ magnétique statorique est améliorée : le temps de réponse du rotor à 10 une sollicitation magnétique est réduit. Par exemple pour un rotor pesant 187,5 kg, la réduction de masse est de l'ordre de 75 kg. Le diamètre extérieur des éléments 11 et 12 peut être identique comme représenté ici, ou différent. 15 Un redresseur comprend l'élément cylindrique creux 12, la pièce support 21 et les plateaux de diodes 20. Avantageusement, le redresseur et un ensemble comprenant l'élément 11 et les enroulements rotoriques 31 peuvent être prémontrés indépendamment l'un de l'autre, c'est-à-dire que les 20 éléments 11 et 12 sont réalisés de manière indépendante, les enroulements sont intégrés sur l'élément 11 et les ponts de diodes sont fixés sur l'élément 12 de manière indépendante, par exemple sur deux lignes de production distinctes facilitant ainsi la logistique et l'organisation du système de production du rotor. 25 L'arbre 10 peut avantageusement être transporté et manipulé démonté, c'est-à-dire lorsque le redresseur R et l'ensemble comprenant l'élément 11 et les enroulements rotoriques sont désolidarisés. De plus, comme les caractéristiques électriques et 30 mécaniques d'une machine électrique tournante incorporant l'arbre 11 10, notamment le couple généré en sortie de l'arbre 2, dépendent de la surface des enroulements répartis sur l'élément 11, pour une gamme de machines électriques tournantes de même diamètre d'arbre 2, il suffit de modifier l'ensemble comprenant l'élément 11 5 et les enroulements rotoriques pour modifier les caractéristiques électriques et mécaniques de la gamme de machines. Le redresseur R est identique pour chacune des machines composant la gamme. Avantageusement, l'arbre 10 est modulaire et nécessite seulement l'adaptation de l'ensemble comprenant l'élément 11 et les 10 enroulements rotoriques pour modifier les caractéristiques électriques et mécaniques. La figure 7 montre un exemple de procédé d'obtention de l'arbre 10. Dans une étape 40, la première section Si du premier 15 élément 11 et la première section S2 du deuxième élément 12 sont mises en contact. Durant une étape 41, la surface intérieure de la première couronne lisse 19 est mise en contact avec la surface intérieure de la deuxième couronne de bossages 25 et la surface du premier 20 épaulement 20 est mise en contact avec la surface du deuxième épaulement 26. Puis dans une étape 42, la pièce de fermeture 14 est insérée dans la deuxième extrémité llb de l'élément 11 puis les éléments filetés 13 sont insérés et bloqués dans les trous 15 de la pièce 14, 25 passent à travers les trous lisses de guidage 24 et sont vissés dans les taraudages 28. Chaque élément fileté 13 passe par un trou 15 de la pièce de fermeture 14, un trou de guidage 24 et un taraudage 28 différent de sorte que chaque élément fileté soit parallèle à un axe (R) de 30 révolution de l'arbre 10 et maintienne les deux premières sections 12 (Si, S2) des première et deuxième éléments cylindriques creux (11, 12) en contact l'une avec l'autre. Bien que l'arbre rotorique creux 10 soit configuré pour être incorporé dans une machine électrique tournante, REVENDICATIONS1. Arbre rotorique creux pour machine électrique tournante comprenant deux parties (Z11, Z12), caractérisé en ce que une première partie (Z11) comprend un premier élément cylindrique creux (11) et une deuxième partie (Z12) comprend un deuxième élément cylindrique creux (12), des sections (Si, S2) d'une première extrémité (11a, 12a) des premier et deuxième éléments étant en contact et solidarisées par des moyens de solidarisation. 2. Arbre selon la revendication 1, dans lequel les moyens de solidarisation comprennent des bossages (27) régulièrement répartis sur une périphérie intérieure de la première extrémité du deuxième élément cylindrique creux (12) formant une deuxième couronne (25) de bossages, chaque bossage comprenant un taraudage (28), lesdits moyens comprenant une pièce de fixation (14) et des éléments filetés (13) passant chacun par un taraudage différent et coopérant avec la pièce de fixation de sorte que chaque élément fileté soit parallèle à un axe (R) de révolution de l'arbre et maintienne les deux sections et les bossages des premier et deuxième éléments cylindriques creux en contact. 3. Arbre selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant en outre des moyens de guidage configurés pour que les éléments cylindriques creux (11, 12) s'emboîtent. 4. Arbre selon la revendication 3, dans lequel les moyens de guidage comprennent une couronne lisse (19) débouchante comprenant une section confondue avec la première section du premier élément cylindrique creux (11) suivie d'un premier épaulement (20) et une couronne de bossages (25) comprenant une section libre suivie d'un deuxième épaulement (26) confondu avec la première section (S2) du deuxième élément cylindrique creux 14 (12), un diamètre intérieur de la couronne lisse, un diamètre extérieur de la couronne de bossages et les premier et deuxième épaulements étant configurés de sorte que la surface intérieure de la couronne lisse soit en contact avec la surface intérieure de la 5 couronne de bossages et la surface d'un premier épaulement (20) et la surface d'un deuxième épaulement (26) soient en contact l'une avec l'autre. 5. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier élément cylindrique creux (11) comprend un 10 tube creux destiné à recevoir des enroulements rotoriques sur son périmètre extérieur. 6. Arbre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le deuxième élément cylindrique creux (12) comprend un tube creux comprenant des trous ajourés (17), des trous 15 débouchant et une pièce de fixation (32) configurée pour recevoir des moyens de fixation (30a, 30b) configurés pour maintenir les plateaux de diodes (30) sur le deuxième élément cylindrique creux. 7. Rotor pour machine électrique tournante comprenant un arbre rotorique creux (10) selon l'une des revendications 20 précédentes. 8. Procédé d'obtention d'un arbre rotorique creux pour machine électrique tournante comprenant deux parties (Z11, Z12), chaque partie comprenant un élément cylindrique creux (11, 12), caractérisé en ce qu'on met en contact les sections (Si, S2) de la 25 première extrémité (11a, 12a) de chacun des éléments cylindriques creux puis on solidarise les deux éléments cylindriques creux l'un avec l'autre. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on met en contact la surface intérieure d'une couronne lisse (19) incorporée dans la première extrémité (11a) d'un premier élément (11) creux 15 cylindrique avec la surface intérieure d'une couronne de bossages (25) incorporée dans la première extrémité (12a) d'un deuxième élément (12) creux cylindrique et on met en contact la surface d'un premier épaulement (20) avec la surface d'un deuxième épaulement 5 (26). 10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel on solidarise un premier élément cylindrique creux (11) comprenant une couronne lisse 21 configurée pour accueillir une pièce de fermeture (14) et des trous lisse de guidage (24) configurés 10 pour guider des éléments filetés (13) avec un deuxième élément cylindrique creux (12) comprenant une couronne de bossages (25) comprenant des taraudages (28) configurés pour coopérer avec les éléments filetés (13) en insérant les éléments filetés (13) passant chacun par un taraudage (28) et un trou lisse de guidage différents 15 de sorte que chaque élément fileté soit parallèle à un axe (R) de révolution de l'arbre et maintienne les deux premières sections (Si, S2) des premier et deuxième éléments cylindriques creux (11, 12) en contact l'une avec l'autre.