Brevet FR3089717A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Rotor de machine électrique tournante comportant un ventilateur Domaine technique [0001] Le domaine technique de l'invention est celui des machines électriques tournantes, telles que les alternateurs ou les altemo-démarreurs ou les machines réversibles de véhicules automobiles à moteur thermique. La présente invention concerne plus particulièrement un rotor de machine électrique tournante comportant un ventilateur bloqué en rotation et une machine électrique tournante comportant un tel rotor. [0002] ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION [0003] Un véhicule automobile à moteur thermique est équipé d'une machine électrique tournante qui en mode alternateur a pour fonction de transformer l'énergie mécanique provenant du moteur en énergie électrique dans le but notamment de recharger la batterie du véhicule et d'alimenter le réseau de bord du véhicule. Pour ce faire, la machine électrique tournante comporte un rotor monté sur un arbre entraîné en rotation par le moteur et un stator entourant le rotor, le stator étant porté par un carter comprenant deux paliers. [0004] La machine électrique tournante comporte des éléments, tels qu'un circuit de commande, un pont de redressement et des bobinages du rotor et du stator, qui génèrent de la chaleur lorsque la machine est en fonctionnement. Il convient donc de refroidir la machine électrique tournante. Pour ce faire, le rotor comporte au moins un ventilateur. Certaines machines comportent un seul ventilateur, de préférence disposé à l'arrière du rotor. D'autres machines comportent deux ventilateurs disposés respectivement à l'avant et à l'arrière du rotor. Actuellement, que ce soit à l'avant ou à l'arrière du rotor, le ventilateur est monté solidaire en rotation sur une roue polaire du rotor au cours d'une étape de soudage. 100051 Souder le ventilateur sur une roue polaire du rotor nécessite une puissance électrique élevée, ce qui présente plusieurs inconvénients. Notamment, la puissance électrique maximale autorisée par le contrat souscrit auprès d'un fournisseur d'électricité n'est généralement pas suffisante pour réaliser l'étape de soudure en parallèle sur plusieurs lignes de production, ce qui limite la cadence de production. Pour pouvoir effectuer plusieurs étapes de soudure simultanément, H faudrait alors souscrire à un contrat autorisant une puissance électrique plus importante mais le coût d'un tel contrat serait évidemment bien supérieur, ce qui finalement augmenterait le coût de production. 100061 De plus, pour vérifier la fiabilité des soudures, des tests destructifs sont réalisés. De tels tests ont un coût élevé en plus de nécessiter du temps pour être effectués. Par 2 conséquent, il apparaît que le fait de souder le ventilateur sur le rotor ne permet pas de concilier à la fois une vitesse de production élevée et un coût de production réduit. Résumé de l'invention [0007] La présente invention vise à résoudre les problèmes qui viennent d'être mentionnés en proposant, selon un premier aspect de l'invention, un rotor de machine électrique tournante comportant : - un arbre de rotor s'étendant selon un axe longitudinal ; - une première roue polaire dite « roue polaire avant » et une deuxième roue polaire dite «roue polaire arrière », les deux roues polaires étant disposées transversalement par rapport à l'axe longitudinal ; - un ventilateur monté sur la roue polaire arrière, le ventilateur comportant une première surface principale dite « face avant » disposée en regard de la roue polaire arrière et une deuxième surface principale dite « face arrière » opposée à la première surface principale ; - un collecteur monté sur l'arbre de rotor, le collecteur comportant une hase s'étendant dans un plan sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal, la base du collecteur étant disposée en regard de la face arrière du ventilateur ; - une bobine disposée entre les deux roues polaires, la bobine comportant un corps de bobine et un fil conducteur électriquement enroulé autour du corps de bobine, le fil conducteur comportant deux extrémités connectées électriquement au collecteur ; - au moins une patte comportant un moyen de guidage d'au moins une des extrémités du fil conducteur vers le collecteur, la patte comportant une première portion s'étendant axialement vers l'arrière du rotor et une deuxième portion prolongeant la première portion ; - au moins une encoche ménagée dans le ventilateur, l'encoche étant configurée pour recevoir la première portion de la patte du rotor de manière à bloquer le ventilateur en rotation, la deuxième portion de la patte du rotor étant repliée sur la face arrière du ventilateur de manière à maintenir axialement le ventilateur sur la roue polaire arrière. [0008] Grâce à l'invention, il est possible de fixer le ventilateur sur la roue polaire arrière sans avoir recours à une étape de soudure. Le temps et le coût de production du rotor s'en trouvent ainsi réduits. [0009] Selon un mode de réalisation, l'encoche est ménagée à la périphérie du ventilateur. Par exemple, l'encoche s'étend à partir de la périphérie externe du ventilateur. [0010] Selon une réalisation, la patte s'étend à partir du corps de bobine. [0011] Selon un mode réalisation, le rotor comporte au moins une tige s'étendant axialement vers l'arrière du rotor, la tige coopérant avec une ouverture excentrée ménagée à travers le ventilateur pour assurer le bon positionnement angulaire du ventilateur sur la 3 roue polaire arrière. [0012] Selon une réalisation, la tige s'étend à partir du corps de bobine. [0013] Selon un mode réalisation, la tige comporte un corps présentant un premier diamètre et une tête présentant un deuxième diamètre supérieur au premier diamètre, l'ouverture excentrée comportant : - une zone d'insertion présentant une première largeur supérieure au deuxième diamètre, la tige étant initialement insérée à travers la zone d'insertion de sorte que la tête de la tige dépasse entièrement de l'ouverture excentrée ; et - une zone de butée présentant une deuxième largeur comprise entre le premier diamètre et le deuxième diamètre, la tige étant en appui contre la zone de butée lorsque le ventilateur est correctement positionné de sorte que la tête de la tige maintient axialement le ventilateur. [0014] Selon un mode réalisation, le rotor comporte plusieurs pattes associées respec- tivement à plusieurs encoches et plusieurs tiges associées respectivement à plusieurs ouvertures excentrées, les encoches et les ouvertures excentrées du ventilateur sont respectivement disposées de manière diamétralement opposée, les encoches étant alignées selon une première direction et les ouvertures excentrées étant alignées selon une deuxième direction sensiblement orthogonale à la première direction. [0015] Selon un mode réalisation, la face arrière du ventilateur comporte au moins un ergot coopérant avec un logement ménagé dans la hase du collecteur pour assurer le bon positionnement angulaire du ventilateur sur la roue polaire arrière. [0016] Selon un mode réalisation, le rotor comporte plusieurs pattes associées respec- tivement à plusieurs encoches et plusieurs ergots associées respectivement à plusieurs logements, les encoches et les ergots du ventilateur sont respectivement disposés de manière diamétralement opposée, les encoches étant alignées selon une première direction et les ergots étant alignés selon une deuxième direction sensiblement orthogonale à la première direction. [0017] Selon un mode réalisation, le ventilateur comporte une ouverture centrale pour le passage de l'arbre de rotor, l'ouverture centrale du ventilateur et la base du collecteur présentant des formes complémentaires. [0018] Selon un mode réalisation, la roue polaire arrière comporte une face transversale externe disposée en regard de la face avant du ventilateur, un évidement étant ménagé dans la face transversale externe de la roue polaire arrière, la face avant du ventilateur comportant une portion en saillie présentant une forme complémentaire à celle de l'évidement de sorte que l'évidement et la portion en saillie coopèrent pour assurer le centrage du ventilateur sur la roue polaire arrière. [0019] Selon un mode réalisation, le rotor est imprégné d'une substance isolante élec- triquement, des rainures étant ménagées dans la face avant du ventilateur pour faciliter l'écoulement de la substance isolante. [0020] Un deuxième aspect de l'invention concerne une machine électrique tournante comportant un rotor selon le premier aspect de l'invention. Brève description des dessins [0021] L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent, parmi lesquelles [0022] la ITig.1A1 et la [Figure 113] sont respectivement une vue en perspective et une vue en coupe longitudinale d'un rotor, selon un mode de réalisation de l'invention ; [0023] la [fig.2] est une vue en perspective d'un corps de bobine du rotor de la [Figure 1] ; [0024] la ITig.3A1, la [Figure 3B] et la [Figure 3C] sont respectivement une vue en perspective, une vue de profil et une vue de dessous d'un ventilateur du rotor de la [Figure 1] ; [0025] la [fig.4A], la [Figure 4B] et la [Figure 4C] sont des vues agrandies du rotor de la [Figure 1] centrées autour de pattes de la bobine et représentant différentes phases de l'assemblage du rotor par rotation ; [0026] la [fig.5] est une vue agrandie d'une ouverture ménagée dans le ventilateur de la [Figure 3A], de la [Figure 3B] et de la [Figure 3C] pour accueillir puis venir bloquer par rotation une tige de la bobine ; [0027] la [fig.6A] et la [Figure 6B] sont d'autres vues agrandies du rotor de la [Figure 1] centrées autour des tiges de la bobine et représentant différentes phases de l'assemblage du rotor par rotation ; [0028] la [fig.7A] et la [Figure 7B] sont respectivement une vue en perspective et une vue de dessous d'un collecteur du rotor de la [Figure 1] ; [0029] la [fig.8] est une vue en perspective d'une roue polaire arrière du rotor de la [Figure 1]. [0030] Les figures ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. [0031] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur toutes les figures. [0032] DESCRIPTION DETAILLÉE D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION [0033] Un véhicule automobile à moteur thermique est équipé d'une machine électrique tournante, telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur ou une machine réversible, configurée pour transformer l'énergie mécanique provenant du moteur thermique en énergie électrique dans le but notamment de recharger la batterie du véhicule et d'alimenter électriquement le réseau de bord du véhicule. [0034] Un alterno-démarreur ou une machine réversible est un alternateur particulier qui est réversible, c'est-à-dire qu'il présente également un mode de fonctionnement dans lequel il transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique pour notamment démarrer le moteur thermique du véhicule automobile. Dans ce cas, la machine tournante se comporte comme un moteur électrique. [0035] La machine électrique tournante comporte un stator et un rotor configure pour être entraîné en rotation à l'intérieur du stator. Le rotor et le stator sont disposés à l'intérieur d'un carter comprenant deux parties appelées usuellement « paliers ». [0036] La [fig.1A] et la [Figure 1B] montrent respectivement une vue en perspective, une vue de dessus et une vue en coupe longitudinale d'un rotor 1 pour machine électrique tournante, selon un mode de réalisation de l'invention. Sur la [Figure 1 A], le rotor 1 est représenté selon une direction allant de l'arrière du rotor 1 vers l'avant du rotor 1 de sorte qu'une face avant 11 du rotor 1 est cachée et qu'une face arrière 12 du rotor 1 est visible. [0037] Le rotor 1 comporte un arbre de rotor 2 s'étendant selon un axe longitudinal X qui correspond à l'axe de rotation du rotor 1. Le rotor 1 comporte également une roue polaire avant 31 et une roue polaire arrière 32 disposées transversalement par rapport à l'axe longitudinal X, un ventilateur 4 monté sur la roue polaire arrière 32, un collecteur 5 monté sur l'arbre 2 et une bobine (non visible sur la [fig.1A] et la [Figure 1B]) disposée entre les deux roues polaires 31, 32. [0038] Dans l'ensemble de la description et dans les revendications, les termes « axial », « radial » et « transversal », ainsi que les adverbes dérivés de ces termes, sont définis par rapport à l'axe longitudinal X. [0039] Dans l'ensemble de la description et dans les revendications, les termes « avant » et « arrière » sont définis par rapport à la direction de l'axe longitudinal X, l'arrière du rotor 1 correspondant à la partie de l'arbre 2 sur laquelle le collecteur 5 est monté. [0040] Sur l'ensemble des exemples représentés, une vue de dessus, respectivement de dessous, du rotor 1 ou d'une pièce montée sur le rotor 1 est une vue considérée selon la direction longitudinale X et dans le sens allant de l'arrière, respectivement de l'avant, du rotor 1 vers l'avant, respectivement l'arrière, du rotor 1. [0041] Dans ce mode de réalisation, les roues polaires 31, 32 comportent des griffes 33 disposées en périphérie des roues polaires 31, 32. Les griffes 33 s'étendent axialement depuis leur roue polaire 31, 32 respective en direction de la roue polaire 32, 31 opposée. Les roues polaires 31, 32 forment alors une cage clans laquelle la bobine est disposée. [0042] La bobine comporte un corps de bobine 6 et un fil conducteur électriquement enroulé autour du corps de bobine 6. Le fil conducteur comporte deux extrémités connectées électriquement au collecteur de manière à alimenter en énergie électrique la bobine du rotor 1 lorsque la machine électrique tournante est en fonctionnement. [0043] Le rotor 1 comporte ici cieux pattes 7 comprenant chacune des moyens de guidage de l'une des extrémités du fil conducteur jusqu'au collecteur 5. Les moyens de guidage 6 sont par exemple des murets s'étendant à partir des pattes. Les pattes 7 comportent chacune une première portion 71 s'étendant axialement vers l'arrière du rotor et une deuxième portion 72 prolongeant la première portion 71. Les moyens de guidage sont en particulier disposés sur la deuxième portion 72. [0044] La [fig.2] montre une vue en perspective du corps de bobine 6 qui comporte un flasque transversal avant 61 et un flasque transversal arrière 62 espacés l'un de l'autre. Le corps de bobine 6 comporte également une portion d'enroulement 63 qui s'étende axialcment depuis un flasque 61, 62 en direction du flasque opposé 62, 61. Dans ce mode de réalisation, les pattes 7 sont disposées sur le flasque arrière 62 du corps de bobine 6 et sont issues de matière avec le flasque. [0045] La [fig.3A], la [Figure 3B] et la [Figure 3C] représentent le ventilateur 4 respec- tivement en vue en perspective, en vue de profil et en vue de dessous. Le ventilateur 4 comporte une première surface principale 41 dite « face avant » disposée en regard de la roue polaire arrière 32 et une deuxième surface principale 42 dite « face arrière » opposée à la première surface principale 41. Le ventilateur 4 a par exemple la forme générale d'un disque. Avantageusement, le ventilateur 4 comporte également des ailettes 44 disposées sur la face arrière 42 et en périphérie du ventilateur 4 de manière à améliorer l'efficacité du refroidissement [0046] Le ventilateur 4 est muni de deux encoches 43 ménagées à sa périphérie. Chaque patte 7 coopère avec une des encoches 43 de manière à bloquer le ventilateur 4 en rotation par rapport à la roue polaire 32. [0047] Les encoches 43 sont par exemple disposées de manière diamétralement opposée. Chaque encoche 43 est configurée pour recevoir la première portion 71 de l'une des pattes 7 du rotor 1 de manière à bloquer le ventilateur 4 en rotation par rapport à la roue polaire 32. De plus, la deuxième portion 72 de chaque patte 7 du rotor 1 est repliée sur la face arrière 42 du ventilateur 4 de manière à maintenir axialement le ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32 lorsque la machine électrique tournante est en fonctionnement. [0048] La [fig.4A], la [Figure 4B] et la [Figure 4C], qui montrent des agrandissements du rotor 1 cadrés autour des pattes 7, illustrent le déroulement de l'assemblage du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. La première portion 71 de chaque patte 7 vient buter contre une extrémité de l'une des encoches 43 puis la deuxième portion 72 de chaque patte 7 est rabattue sur la face arrière 42 du ventilateur 4. La coopération des pattes 7 et des encoches 43 permet de fixer le ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32 sans avoir recours à une étape de soudure au contraire de ce qui est fait dans l'art antérieur. Par conséquent, la présente invention permet à la fois de réduire le temps d'assemblage du rotor 1 et son coût de production. [0049] Le rotor 1 peut également comporter deux tiges 8 s'étendant axialement vers l'arrière 7 du rotor 1, chaque tige 8 coopérant avec une ouverture excentrée 48 ménagée à travers le ventilateur 4 pour assurer le bon positionnement angulaire du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. Les tiges 8 permettent de faciliter l'assemblage du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. De préférence, les tiges 8 sont disposées sur le flasque arrière 62 du corps de bobine 6, tel qu'illustré à la [fig.2]. [0050] Les tiges 8 ont par exemple une forme générale cylindrique. Les tiges comportent chacune un corps 81 ayant un premier diamètre et une tête 82 ayant un deuxième diamètre supérieur au premier diamètre. [0051] La [fig.5] montre un agrandissement de l'une des ouvertures 48 du ventilateur 4. De manière complémentaire aux tiges 8, les ouvertures excentrées 48 comportent chacune une zone d'insertion 48a présentant une première largeur supérieure au deuxième diamètre et une zone de butée 48b présentant une deuxième largeur comprise entre le premier diamètre et le deuxième diamètre. [0052] La [fig.6A] et la [Figure 6B] montrent des agrandissements du rotor 1 cadrés autour des tiges 8 et qui correspondent à différents moments de l'assemblage du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. Les tiges 8 sont initialement insérées à travers leur zone d'insertion 48a respective de sorte que la tête 82 des tiges 8 dépasse entièrement des ouvertures excentrées 48. Ensuite, le ventilateur est tourné jusqu'à ce que les tiges 8 viennent en appui contre leur zone de butée 48b respective. Le ventilateur 4 est ainsi correctement positionné, et la tête 82 des tiges 8 contribue alors à maintenir axialement le ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32 lorsque le rotor 1 est en rotation. [0053] Les ouvertures 48 du ventilateur 4 sont par exemple disposées de manière diamé- tralement opposée. Avantageusement, les encoches 43 sont alignées selon une première direction et les ouvertures 48 sont alignées selon une deuxième direction sensiblement orthogonale à la première direction. Cette configuration permet d'améliorer le maintien du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32 afin d'éviter que le ventilateur 4 ne se soulève lorsque le rotor 1 est en rotation. [0054] Dans l'ensemble de la description et dans les revendications, on entend par « sen- siblement orthogonal » un angle compris entre 80° et 100°. [0055] La [fig.7A] et la [Figure 7B] représentent le collecteur 5 respectivement en vue en perspective et en vue de dessous. Le collecteur 5 comporte une base 51 s'étendant dans un plan sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal X. La base 51 du collecteur 5 est disposée en regard de la face arrière 42 du ventilateur 4. Deux logements 59 sont par exemple ménagés dans la base 51 du collecteur 5. [0056] Le ventilateur 4 peut également comporter deux ergots 49 disposés sur la face arrière 42 du ventilateur 4, comme illustré à la [fig.3A]. Chaque ergot 49 coopère avec l'un des logements 59 du collecteur 5 pour assurer le bon positionnement angulaire du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. Les ergots 49 font office de butées contre 8 lesquelles le fond des logements 49 vient en appui. [0057] Les ergots 49 du ventilateur 4 sont par exemple disposés de manière diamétralement opposée. De préférence, les ergots 49 sont alignés selon la même direction que les tiges 8, c'est-à-dire sensiblement orthogonalement à la direction d'alignement des encoches 43 du ventilateur 4. [0058] Avantageusement, la base 51 du collecteur 5 a une forme allongée de manière à améliorer le maintien du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32 afin d'éviter que le ventilateur 4 ne se soulève lorsque le rotor 1 est en rotation. En effet, la hase 51 du collecteur contribue à plaquer le ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32 au niveau des ergots 49. La hase 51 du collecteur a par exemple la forme générale d'un losange. [0059] Le ventilateur 4 comporte en outre une ouverture centrale 46 pour le passage de l'arbre de rotor 2. Avantageusement, l'ouverture centrale 46 du ventilateur 4 et la hase 51 du collecteur 5 ont des formes complémentaires. Ainsi, le ventilateur 4 peut être installé avant ou après le collecteur, ce qui permet d'avoir plus de souplesse pendant l'assemblage du rotor 1. Dans ce cas, la hase 51 du collecteur 5 s'étend selon une direction décalée angulaircment par rapport à la direction selon laquelle s'étend l'ouverture centrale 46. [0060] Une vue en perspective de la roue polaire arrière 32 est illustrée à la [fig.8]. La roue polaire arrière 32 comporte une face transversale externe 32a disposée en regard de la face avant 41 du ventilateur 4. Un évidement 32h de forme circulaire est par exemple ménagé dans la face transversale externe 32a de la roue polaire arrière 32. La face avant 41 du ventilateur 4 peut comporter une portion en saillie 41b, tel qu'illustré à la [Figure 3B], ayant une forme complémentaire à celle de l'évidement 32b de sorte que l'évidement 32b et la portion en saillie 41b coopèrent avantageusement pour assurer le centrage du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. [0061] Une fois assemblé, le rotor 1 est imprégné d'une substance isolante électriquement telle qu'un vernis. Pour ce faire, le rotor 1 est plongé dans un bain contenant la substance isolante. Avantageusement, des rainures 41c sont ménagées dans la face avant 41 du ventilateur 4 de manière à faciliter l'écoulement de la substance isolante. De plus, lorsque la substance isolante présente dans les rainures 41c durcit, cela permet de réaliser un collage chimique et donc d'améliorer le maintien du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. [0062] Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. 9