Brevet FR3089718A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Rotor de machine électrique tournante comprenant un ventilateur Domaine technique [0001] Le domaine technique de l'invention est celui des machines électriques tournantes, telles que les alternateurs ou les alterno-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 assemblé via des moyens de fixation réversibles 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 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 comporte un rotor monté sur un arbre entraîné en rotation par le moteur et un stator entourant le rotor. [0004] La machine comporte des éléments, tels qu'un circuit de commande, un pont de re- dressement 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. Pour ce faire, le rotor comporte au moins un ventilateur. Certaines machines peuvent comporter un seul ventilateur, de préférence disposé à l'arrière du rotor. D'autres machines peuvent comporter 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 la roue polaire du rotor au cours d'une étape de soudage. 100051 Souder le ventilateur sur la 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 auementerait 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 conséquent, il apparaît que le fait de souder le ventilateur sur la roue polaire du rotor ne permet pas de concilier à la fois une vitesse de production élevée et un coût de 2 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 l'une des roues polaires, le ventilateur présentant la forme générale d'un disque, le ventilateur comportant une première surface principale disposée en regard de la roue polaire correspondante et unc deuxième surface principale opposée à la première surface principale ; - un collecteur monté sur l'arbre de rotor ; - 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 ; le rotor comportant en outre une pluralité de tiges de fixation s'étendant axialcment, chaque tige de fixation étant insérée dans unc ouverture ménagée à travers le ventilateur, les tiges de fixation et les ouvertures comportant des moyens d'assemblage coopérant pour maintenir le ventilateur sur la roue polaire correspondante. [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, les moyens d'assemblage sont des moyens d'assemblage par encliquetage. [0010] Selon un mode de réalisation, les tiges de fixation sont réparties angulairement autour l'axe longitudinal de manière régulière. [0011] Selon un mode de réalisation, chaque roue polaire comporte une pluralité de griffes, le corps de bobine comportant un flasque transversal, les tiges de fixation appartenant au flasque transversal du corps de bobine et s'étendant axialement entre les griffes de la roue polaire sur laquelle le ventilateur est monté. [0012] Selon un mode de réalisation, le ventilateur est disposé entre la roue polaire arrière et le collecteur, le rotor comportant en outre au moins une patte comportant des moyens 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, la deuxième portion de la patte 3 étant repliée sur la deuxième surface principale dite « face arrière » du ventilateur. [0013] Selon un mode de réalisation, la première portion de la patte du rotor est disposée dans une encoche ménagée à la périphérie du ventilateur. [0014] Selon un mode de réalisation, le collecteur comporte une hase s'étendant dans un plan sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal, la hase du collecteur étant disposée en regard de la face arrière du ventilateur, la face arrière du ventilateur comportant au moins un pion de fixation, le pion de fixation étant inséré dans une ouverture ménagée à travers la hase du collecteur, le pion de fixation et l'ouverture du collecteur comportant des moyens d'assemblage coopérant pour assembler le ventilateur et le collecteur. [0015] Selon un mode de réalisation, la roue polaire sur laquelle est monté le ventilateur comporte une face transversale externe disposée en regard de la première surface principale du ventilateur, un évidement étant ménagé dans la face transversale externe de la roue polaire, la première surface principale 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. [0016] Selon un mode de réalisation, la portion en saillie du ventilateur comporte au moins un ergot coopérant avec un logement ménagé dans la face transversale externe de la roue polaire pour assurer le bon positionnement angulaire du ventilateur sur la roue polaire. [0017] Selon un mode de réalisation, le rotor est imprégné d'une substance isolante élec- triquement, des rainures étant ménagées dans la première surface principale du ventilateur pour faciliter l'écoulement de la substance isolante. [0018] 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 [0019] L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels : [0020] la [fig.1] est une vue en perspective d'un rotor, selon un mode de réalisation de l'invention ; [0021] la [fig.2] est une vue en perspective d'un corps de bobine du rotor de la [Figure 1] ; [0022] la [fig.3] est une vue agrandie d'une tige de fixation appartenant à la bobine de la [Figure 2] ; [0023] la [fig.4A], la [Figure 4B] et la [Figure 4C] sont des vues d'un ventilateur du rotor de la [Figure 1] ; [0024] la [fig.5] est une vues en perspective agrandie d'une ouverture ménagée dans le ven- filateur des [Figure 4A], [Figure 4B] et [Figure 4C] ; [0025] la [fig.6] est une vue en perspective agrandie de l'assemblage de la tige de fixation de la [Figure 3] et de l'ouverture de la [Figure 5] ; [0026] la [fig.7] est une vue en perspective d'une roue polaire du rotor de la [Figure 1]. [0027] Les dessins ne sont présentés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. [0028] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur toutes les dessins. [0029] DESCRIPTION DETAILLÉE D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION [0030] 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, configur6e 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. [0031] Un alterno-démarreur 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. [0032] La machine comporte un stator et un rotor configuré 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 ». [0033] La [fig.1] montre une vue en perspective d'un rotor 1 pour machine électrique tournante, selon un mode de réalisation de l'invention. 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 l'une des roues polaires 31, 32, un collecteur 5 monté sur l'arbre 2 et une bobine disposée entre les deux roues polaires 31, 32. [0034] 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. [0035] 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. [0036] Dans le mode de réalisation de la [fig.1], le ventilateur 4 est monté sur la roue polaire arrière 32 du rotor 1. Selon un autre mode de réalisation, le ventilateur 4 peut être monté sur la roue polaire avant 31 du rotor 1. Selon encore un autre mode de réalisation, un ventilateur 4 peut être monté sur chacune des roues polaires 31, 32 du rotor 1. [0037] À la [fig.1], 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. [0038] Le rotor 1 comporte en outre des tiges de fixations 8 s'étendant axialement. Les tiges de fixations 8 ont par exemple une forme générale cylindrique. Chaque tige de fixation 8 est insérée dans une ouverture 48 ménagée à travers le ventilateur 4. Les tiges de fixation 8 et les ouvertures 48 comportent des moyens d'assemblage coopérant pour maintenir le ventilateur sur la roue polaire 31, 32 correspondante, en l'occurrence sur la roue polaire arrière 32. [0039] Les roues polaires 31, 32 comportent par exemple des griffes 33 disposées à leur pé- riphérie. 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 dans laquelle la bobine est disposée. [0040] La bobine comporte un corps de hohine 6 et un fil conducteur électriquement enroulé autour du corps de hohine 6. Le fil conducteur comporte deux extrémités connectées électriquement au collecteur 5 de manière à alimenter en énergie électrique la bobine du rotor 1 lorsque la machine est en fonctionnement. [0041] 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 deux jupes 63 qui s'étendent chacune axialement depuis l'un des flasques 61, 62 en direction du flasque opposé 62, 61. Les tiges de fixation 8 sont par exemple disposées sur le flasque arrière 62 du corps de bobine 6. [0042] Avantageusement, les tiges de fixation 8 sont réparties angulairement autour l'axe longitudinal de manière régulière, ce qui permet d'améliorer le maintien du ventilateur sur la roue polaire afin d'éviter que le ventilateur 4 ne se soulève lorsque le rotor 1 est en rotation. Le rotor 1 comporte par exemple deux paires de tiges de fixations 8. Dans ce cas, les tiges de fixations 8 de chaque paire sont disposées de manière diamétralement opposée et sont alignées selon une direction qui est sensiblement orthogonale à la direction d'alignement des tiges de fixation 8 de l'autre paire. [0043] Dans l'ensemble de la description et dans les revendications, on entend par « sen- siblement orthogonal » un angle compris entre 80° et 100°. [0044] La [fig.3] montre un agrandissement de l'une des tiges de fixation 8 et la [Figure 5] montre un agrandissement de l'une des ouvertures 48 ménagées dans le ventilateur 4. Les moyens d'assemblage des tiges de fixation 8 dans les ouvertures 48 peuvent être des moyens de clipsage comprenant une première partie 80 appartenant aux tiges de fixation 8 et une deuxième partie 480 appartenant aux ouvertures 48. La première 6 partie 80 et la deuxième partie 480 des moyens de cl ipsagc coopèrent, comme illustré à la [Figure 6], pour fixer le ventilateur 4 sur la roue polaire sans avoir recours à une étape de soudure au contraire de cc 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. [0045] Le rotor 1 peut en outre comporter deux pattes 7 comprenant chacune des moyens de guidage de l'une des extrémités du fil conducteur jusqu'au collecteur 5. Les pattes 7 sont par exemple disposées sur le flasque arrière 62 du corps de bobine 6, comme illustré à la [fig.2]. 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. [0046] Les [fig.4A], [Figure 4B] et [Figure 4C] représentent le ventilateur 4 respectivement selon une vue en perspective considérée d'arrière en avant, selon une vue en perspective considérée d'avant en arrière et selon une vue de dessous. Le terme « dessous » est ici utilisé pour faciliter la compréhension et doit être interprété au regard de l'orientation dans laquelle le rotor 1 est représenté à la [Figure 1]. 11 est entendu que le rotor 1 peut être retourné et que dans cc cas le dessous deviendrait le dessus et inversement. [0047] Le ventilateur 4 comporte une première surface principale 41 disposée en regard de la roue polaire 31, 32 sur laquelle il est monté, ici la roue polaire arrière 32, une deuxième surface principale 42 opposée à la première surface principale 41 et une ouverture centrale 46 pour le passage de l'arbre de rotor 2. Dans ce mode de réalisation, la première surface principale 41 est appelée « face avant » et la deuxième surface principale 42 est appelée « face arrière ». 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. [0048] Le ventilateur 4 peut être muni de deux encoches 43 ménagées à sa périphérie. 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. Les encoches 43 s'étendent par exemple selon une direction radiale depuis la périphérie vers le centre du ventilateur 4. De plus, la deuxième portion 72 de chaque patte 7 du rotor 1 est repliée sur la face arrière 42 du ventilateur 4, comme illustré à la [fig.1]. Les pattes 7 et les encoches 43 coopèrent pour améliorer le blocage en rotation et le maintien axial du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32 lorsque la machine est en fonctionnement. [0049] Comme visible à la [fig.1], 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 7 disposée en regard de la face arrière 42 du ventilateur 4. La hase 51 du collecteur 5 peut comporter plusieurs branches 52 s'étendant chacune dans une direction radiale. Une ouverture 59 est par exemple ménagée à travers chaque branche 52 de la hase 51 du collecteur 5. L'ouverture 59 présente par exemple la même forme que l'ouverture 48 ménagée à travers le ventilateur 4. [0050] Le ventilateur 4 peut également comporter plusieurs pions de fixation 49 disposés sur la face arrière 42 du ventilateur 4, comme illustré à la [fig.4A]. Chaque pion de fixation 49 est inséré dans l'une des ouvertures 59 ménagées dans la hase 51 du collecteur 5. Les pions de fixation 49 et les ouvertures 59 comportant des moyens d'assemblage coopérant pour assembler le ventilateur 4 et le collecteur 5. Ces moyens d'assemblage sont par exemple identiques aux moyens d'assemblage du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. [0051] Les branches 52 du collecteur 5 sont par exemple au nombre de 4. Avantageusement, les branches 52 du collecteur 5 sont réparties angulairement autour l'axe longitudinal de manière régulière afin 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. En effet, les branches 52 du collecteur 5 contribuent à plaquer le ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. [0052] Une vue en perspective de la roue polaire arrière 32 est illustrée à la [fig.7]. La roue polaire arrière 32 comporte une face transversale externe 32a disposée en regard de la face avant 41 du ventilateur 4. Un évidement 32b 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 4B], 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. [0053] Avantageusement, la portion en saillie 41b du ventilateur 4 comporte deux ergots 41d coopérant chacun avec un logement 32d ménagé clans la face transversale externe 32 de la roue polaire arrière 32 pour assurer le bon positionnement angulaire du ventilateur 4 sur la roue polaire arrière 32. Les deux ergots 41d sont de préférence disposés de manière diamétralement opposée. Une fois assemblé, le rotor 1 est imprégné d'une substance isolante électriquement telle qu'un vernis. Pour ce faire, le rotor 1 est notamment 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. 8