Brevet FR3128329A1 — publié le 20230421

L’invention concerne un rotor (10) bobiné pour moteur électrique (1) comprenant : - un arbre (12) de rotor monté rotatif autour d’un axe (X) ; - un paquet de tôles (14) monté coaxialement sur l’arbre (12) de rotor, ledit paquet de tôles (14) présentant une alternance de pôles et d’espaces interpolaires ; - des isolants de paquet de tôles (17) disposés de manière à recouvrir au moins partiellement des surfaces externes du paquet de tôles (14) définissant les espaces interpolaires ; - un flasque de bobinage avant (15) et un flasque de bobinage arrière (15’) montés coaxialement sur l’arbre (12) de rotor et agencés axialement de part et d’autre du paquet de tôles (14) ; - des bobinages (16) entourant partiellement les pôles (141) du paquet de tôles (14) et les flasques de bobinage avant et arrière (15, 15’) ; dans lequel chacun des isolants de paquet de tôles (17) est formé d’une partie avant (173, 174) et d’une partie arrière (173, 174), lesdites parties avant des isolants de paquet de tôles étant monobloc avec le flasque de bobinage avant (15) et formant avec ce dernier un sous-ensemble avant (181) et lesdites parties arrière des isolants de paquet de tôles étant monobloc avec le flasque de bobinage arrière (15’) et formant avec ce dernier un sous-ensemble arrière (181’), les sous-ensembles avant et arrière (181, 181’) étant reliés l’un à l’autre par des moyens de liaison. Figure 3 Rotor bobiné pour moteur électrique agencé pour faciliter son assemblage L’invention concerne un rotor bobiné pour moteur électrique agencé pour faciliter son assemblage. L’invention concerne également un moteur électrique comprenant un tel rotor bobiné. De manière générale, les moteurs électriques actuels comportent un rotor solidaire d’un arbre et un stator qui entoure le rotor. Le stator est monté dans un carter qui comporte des roulements pour le montage en rotation de l’arbre. Le stator comporte généralement un corps constitué par un empilage de tôles formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue de dents délimitant deux à deux une pluralité d’encoches ouvertes vers l’intérieur du corps de stator et destinées à recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements de phase traversent les encoches du corps de stator et forment des chignons faisant saillie de part et d’autre du corps de stator. Les enroulements de phase peuvent par exemple être constitués d’une pluralité de segments de conducteur en forme de U, les extrémités libres de deux segments adjacents étant reliées entre elles par soudage. Le rotor peut être de plusieurs types. Une configuration possible consiste en un rotor bobiné constitué par un paquet de tôles monté coaxialement sur l’arbre de rotor, ledit paquet de tôles présentant plusieurs paires de pôles, chaque pôle étant espacé d’un pôle adjacent par un espace interpolaire, et des bobinages entourant les pôles du paquet de tôles et étant reliés à un collecteur formé généralement par des bagues en cuivre venant en face de balais pour l’alimentation des bobinages. Pour améliorer le fonctionnement du moteur électrique, le rotor peut également intégrer des isolants de paquet de tôles qui sont disposés de manière à recouvrir les surfaces latérales externes du paquet de tôles et qui définissent les espaces interpolaires. Ces isolants de paquet de tôles permettent notamment de prévenir l’établissement d’un court-circuit entre les bobinages et les pôles du paquet de tôles. Par ailleurs, des supports d’enroulement, se présentant sous la forme d’une paire de flasques de bobinage disposés axialement de part et d’autre du paquet de tôles, peuvent avantageusement être fixés sur le rotor de manière à recevoir une partie des bobinages du rotor. L’inconvénient d’une telle structure de rotor bobiné, intégrant à la fois des isolants de paquet de tôles et des flasques de bobinage, est qu’elle augmente de manière importante le nombre de pièces à assembler et le temps nécessaire pour fabriquer le rotor, entrainant de ce fait un accroissement des coûts de fabrication. Il existe donc un besoin d’une structure de rotor bobiné plus simple et moins onéreuse à fabriquer et à industrialiser. L’invention vise donc à proposer un rotor bobiné et un moteur électrique comprenant un tel rotor agencé pour faciliter son assemblage. A cet effet, l’invention concerne un rotor bobiné pour moteur électrique comprenant : - un arbre de rotor monté rotatif autour d’un axe ; - un paquet de tôles monté coaxialement sur l’arbre de rotor, ledit paquet de tôles s’étendant entre une face latérale avant et une face latérale arrière et présentant une alternance de pôles et d’espaces interpolaires ; - des isolants de paquet de tôles disposés de manière à recouvrir au moins partiellement des surfaces externes du paquet de tôles définissant les espaces interpolaires ; - un flasque de bobinage avant et un flasque de bobinage arrière montés coaxialement sur l’arbre de rotor et agencés axialement de part et d’autre du paquet de tôles de telle sorte à être contigus respectivement aux faces latérales avant et arrière du paquet de tôles, lesdits flasques de bobinage avant et arrière présentant chacun une série de branches radiales en forme de T, chacune desdites branches radiales étant alignée axialement avec un des pôles du paquet de tôles et présentant, de préférence, un profil similaire ou identique à celui dudit pôle dans un plan perpendiculaire à l’axe de l’arbre ; - des bobinages entourant partiellement les isolants de paquet de tôles et les branches radiales des flasques de bobinage avant et arrière ; dans lequel chacun des isolants de paquet de tôles est formé d’une partie avant et d’une partie arrière, lesdites parties avant des isolants de paquet de tôles étant monobloc avec le flasque de bobinage avant et formant avec ce dernier un sous-ensemble avant et lesdites parties arrière des isolants de paquet de tôles étant monobloc avec le flasque de bobinage arrière et formant avec ce dernier un sous-ensemble arrière, les sous-ensembles avant et arrière étant reliés l’un à l’autre par des moyens de liaison. Ainsi configuré, le rotor de l’invention permettra de réduire le nombre d’opérations d’assemblage nécessaires pour sa fabrication du fait de la formation préalable des sous-ensembles avant et arrière, par moulage par exemple, qui évitent la mise en œuvre d’étapes additionnelles d’assemblage et de fixation des isolants de paquets de tôles aux autres éléments constitutifs du rotor. Le rotor de l’invention pourra également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : les sous-ensembles avant et arrière sont reliés ensemble par un procédé de liaison choisi parmi le collage, le soudage, le clippage ou un emboitement par recouvrement partiel. - le sous-ensemble avant possède la même forme tridimensionnelle que le sous-ensemble arrière. - les parties avant et arrière de chaque isolant de paquet de tôles comprennent des zones d’extrémité respectives configurées pour s’emboiter l’une dans l’autre. - la zone d’extrémité de chacune des parties avant et arrière forme un creux soit sur une face interne de l’isolant de paquet de tôles qui est orientée vers le paquet de tôles, soit sur une face externe de l’isolant de paquet de tôles qui est orientée vers les bobinages. - les pôles sont disposés angulairement autour de l’arbre de manière à être régulièrement espacés. - les pôles sont au nombre de six, deux pôles adjacents étant espacés par un angle de 60°. - les flasques de bobinage avant et arrière sont formés de matière plastique et les isolants de paquet de tôles sont constitués d’un matériau diélectrique également en matière plastique. L’invention concerne également un moteur électrique comprenant un rotor bobiné tel que défini ci-dessus. L’invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées. est une vue en perspective d’un moteur électrique équipé d’un rotor bobiné selon l’invention, le moteur étant vu depuis son côté avant, est une vue similaire à la , le moteur étant vu depuis son côté arrière, est une vue en coupe longitudinale du moteur des figures 1 et 2, est une vue en perspective du rotor bobiné équipant le moteur des figures 1 et 2, est une vue axiale d’un des flasques de bobinage du rotor de la , est une vue en perspective d’un ensemble formé par l’assemblage des flasques de bobinage et des isolants de paquet de tôles, est une vue en perspective d’un premier sous-ensemble destiné à former la partie gauche de l’ensemble de la , est une vue en perspective d’un deuxième sous-ensemble destiné à former la partie droite de l’ensemble de la , est une vue en perspective des deux sous-ensembles représentés sur les figures 7a et 7b lors d’une phase préliminaire d’assemblage. Dans l’ensemble de la description et dans les revendications, les termes « axial » et « radial » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe de rotation du rotor. Ainsi, une orientation axiale se rapporte à une orientation parallèle à l’axe de rotation du rotor et une orientation radiale se rapporte à une orientation perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor. Par ailleurs, par convention, les termes « avant » et « arrière » font référence à des positions séparées le long de l’axe de rotation du rotor. En particulier, l’extrémité « avant » de l’arbre du rotor correspond à l’extrémité de l’arbre sur laquelle peut être fixé(e) une poulie, un pignon, une cannelure destiné(e) à transmettre le mouvement de rotation du rotor à tout autre dispositif similaire de transmission de mouvements. Les figures 1 à 3 représentent un moteur électrique 1 selon l’invention comprenant deux paliers, respectivement un palier avant 2 en forme de cloche et un palier arrière 3 en forme de disque, reliées ensemble au moyens de vis 4, le palier avant 2 logeant un rotor 10 solidaire en rotation d’un arbre 12 et un stator 11 annulaire qui entoure le rotor 10 de manière coaxiale à l’arbre 12. Les paliers avant et arrière 2, 3 portent chacun centralement un roulement à billes respectivement 5 et 6 pour le montage en rotation de l’arbre 12. Comme représenté sur la , des chignons 13 font saillie axialement de part et d’autre du stator 11 et sont logés dans l’espace intermédiaire séparant le stator 11 des paliers respectifs 2, 3. Les paliers avant et arrière 2, 3 seront avantageusement constitués de métal. Le rotor 10, représenté sur la , est de type bobiné et comprend notamment un paquet de tôles 14 formé d’un empilement axial de tôles qui s’étendent dans un plan radial perpendiculaire à l’axe X de l’arbre 12. Le paquet de tôles 14 est monté coaxialement sur l’arbre 12. L’arbre 12 pourra être emmanché en force à l’intérieur d’une ouverture centrale du paquet de tôles 14 de manière à lier en rotation le corps du rotor avec l’arbre 12. Le paquet de tôles 14 s’étend entre une face latérale avant 143 et une face latérale arrière 144 et présente une alternance circonférentielle de pôles 141 et d’espaces interpolaires 142. Les espaces interpolaires 142 s’étendent entre deux pôles 141 adjacents et forment des évidements s’étendant sur toute la longueur du paquet de tôles 14, entre les deux pôles adjacents 141. Dans la configuration représentée, les pôles 141 sont au nombre de 6 et sont disposés autour de l’arbre 12 de manière à être régulièrement espacés, deux pôles 141 adjacents étant espacés par un angle de 60° environ. Chaque pôle 141 possède un profil en forme de T dans un plan orthogonal à l’axe X et présente, dans la direction radiale, une section étroite prolongée par une section élargie de forme bombée. La section élargie bombée présente une surface périphérique externe 147 qui, dans la position montée du rotor 10, fait face à une surface périphérique interne 111 du stator 11 (voir ), ladite surface périphérique externe 147 étant espacée de ladite surface périphérique interne 111 par une distance inférieure à 1 mm. Chaque pôle 141 reçoit un bobinage 16 longitudinal destiné à générer un flux magnétique dans le pôle rotorique. Les bobinages 16 sont enroulés autour des pôles 141 et autour de flasques de bobinage avant 15 et arrière 15’ qui enserrent axialement le paquet de tôles 14. Ces flasques de bobinage 15, 15’ sont montés coaxialement sur l’arbre 12 du rotor et agencés axialement de part et d’autre du paquet de tôles 14 de telle sorte à être contigus respectivement aux faces latérales avant et arrière 143, 144 du paquet de tôles 14. Comme représenté sur la , le flasque de bobinage avant 15 possède une face latérale interne 153 et une face latérale externe 155. La face latérale interne 153 est en contact avec la face latérale avant 143 du paquet de tôles 14 et la face latérale externe 155 est orientée vers le palier avant 2. De manière similaire, le flasque de bobinage arrière 15’ possède une face latérale interne 153’ et une face latérale externe 155’. La face latérale interne 153’ est en contact avec la face latérale arrière 144 du paquet de tôles 14 et la face latérale externe 155’ est orientée vers le palier arrière 3. En référence à la , il est représenté la face latérale interne 153 du flasque de bobinage avant 15 qui est orientée vers le paquet de tôles 14. Les flasques de bobinage avant et arrière 15 et 15’ possédant le même profil, les détails de structure donnés ci-dessous en référence à la s’appliquent également au flasque de bobinage arrière 15’. Le flasque de bobinage avant 15 définit sensiblement une structure en forme d’étoile comprenant une partie centrale 156 de forme hexagonale prolongée sur chacun de ses côtés par des branches radiales 151 en forme de T. La partie centrale 156 possède une zone centrale 157 évidée, qui est configurée pour loger partiellement l’arbre 12 du rotor. Chacune des branches radiales 151 est alignée axialement avec un des pôles 141 du paquet de tôles 14 et présente, dans la configuration préférentielle représentée sur la , un profil similaire ou identique à celui dudit pôle 141 avec lequel elle est alignée dans un plan orthogonal à l’axe X de l’arbre 12. Ainsi, chaque branche radiale 151 présente, dans la direction radiale, une section étroite 152 prolongée par une section élargie 154 de forme bombée. La face latérale externe 155 est configurée pour définir entre la section élargie 154 de chaque branche radiale 151 et la partie centrale 156 un espace radial permettant de loger les bobinages 16. En outre, comme représenté sur la , le rotor 10 comporte des isolants de paquet de tôles 17 qui sont disposés de manière à recouvrir les surfaces latérales externes du paquet de tôles 14 qui définissent les espaces interpolaires 142. Ces isolants de paquet de tôles 17 sont configurés pour prévenir l’établissement d’un court-circuit entre les bobinages 16 et les pôles 141 du paquet de tôles. Les isolants de paquet de tôles 17 sont habituellement réalisés à partir de matériaux diélectriques, par exemple à base de matière plastique. Chaque isolant de paquet de tôles 17 possède une face interne 171 qui est orientée vers le paquet de tôles 14 et une face externe 172 qui est orientée vers les bobinages 16 (voir ). De manière à simplifier les étapes de fabrication du rotor, l’invention propose de réunir sous la forme d’un seul ensemble les flasques de bobinage avant et arrière 15, 15’ et les isolants de paquet de tôles 17. Un tel ensemble 18 est par exemple représenté sur la . Cet ensemble 18 pourra avantageusement être formé par l’assemblage de deux sous-ensembles 181 et 181’ représentés sur les figures 7a et 7b et dénommés respectivement par la suite sous-ensemble avant 181 et sous-ensemble arrière 181’. Les sous-ensembles avant et arrière 181, 181’ seront reliés l’un à l’autre par des moyens de liaison. Ces moyens de liaison pourront notamment être choisis parmi un adhésif, une soudure, un clip ou un emboitement par recouvrement partiel. Le sous-ensemble avant 181, respectivement arrière 181’, incorpore le flasque de bobinage avant 15, respectivement arrière 15’, sur la face interne duquel est solidarisée une partie des isolants de paquet de tôles 17, respectivement une partie dite avant pour les parties qui sont solidaires du flasque de bobinage avant 15 et une partie dite arrière pour les parties qui sont solidaires du flasque de bobinage arrière 15’. Dans la configuration préférentielle représentée, les sous-ensembles avant et arrière 181, 181’ possède la même forme tridimensionnelle. Ainsi, il sera envisageable de former, par moulage par exemple, un seul type de sous-ensemble, ce sous-ensemble pouvant être utilisé indifféremment en tant que sous-ensemble avant 181 ou en tant que sous-ensemble arrière 181’. A cet effet, chacun des sous-ensembles 181, 181’ possède une structure spécifique permettant son assemblage avec n’importe quel autre sous-ensemble 181 ou 181’ qui possède la même structure. Comme représenté sur les figures 7a et 7b, cette structure spécifique se caractérise par la présence de zones d’extrémité 175 et 176 sur les parties avant et arrière des isolants de paquet de tôles 17. Les zones d’extrémité 175 forment des creux sur les faces internes 171 de certaines parties 173 d’isolants de paquet de tôles 17 et les zones d’extrémité 176 forment des creux sur les faces externes 172 de certaines autres parties 174 d’isolants de paquet de tôles 17. Ces zones d’extrémité 175, 176 possèdent des formes complémentaires de sorte qu’elles permettent l’emboitement des parties 173, 174 l’une dans l’autre lorsque lesdites parties 173, 174 sont correctement alignées axialement, comme illustré sur la . Cet alignement pourra par exemple s’obtenir par pivotement d’un angle de 60° autour d’un axe Y du sous-ensemble 181 représenté sur la , cet axe Y correspondant à l’axe X de l’arbre 12 lorsque le rotor 10 est totalement formé. Dans cette position décalée par rapport au sous-ensemble 181’, le sous-ensemble 181 est correctement positionné pour permettre l’emboitement mutuel des zones d’extrémité amincies 175 avec les zones d’extrémité amincies 176. Une fois les deux sous-ensembles 181, 181’ totalement emboités, ils sont reliés ensemble par des moyens de liaison pour former au final l’ensemble monobloc 18 représenté sur la . Cet ensemble monobloc 18 servira ensuite de support d’enroulement aux bobinages 16 avant d’être monté coaxialement sur l’arbre de rotor. Un tel ensemble diminue donc le nombre d’opérations d’assemblage du fait du nombre réduit de pièces constitutives du rotor à assembler. Par ailleurs, du fait de sa structure spécifique formée de deux parties parfaitement symétriques, il permet également de réduire les coûts de fabrication, un seul moule d’injection étant nécessaire pour fabriquer les deux parties. L’invention n’est évidemment pas limitée au mode de réalisation tel que décrit précédemment. Rotor (10) bobiné pour moteur électrique (1) comprenant : - un arbre (12) de rotor monté rotatif autour d’un axe (X) ; - un paquet de tôles (14) monté coaxialement sur l’arbre (12) de rotor, ledit paquet de tôles (14) s’étendant entre une face latérale avant (143) et une face latérale arrière (144) et présentant une alternance de pôles (141) et d’espaces interpolaires (142) ; - des isolants de paquet de tôles (17) disposés de manière à recouvrir au moins partiellement des surfaces externes du paquet de tôles (14) définissant les espaces interpolaires (142) ; - un flasque de bobinage avant (15) et un flasque de bobinage arrière (15’) montés coaxialement sur l’arbre (12) de rotor et agencés axialement de part et d’autre du paquet de tôles (14) de telle sorte à être contigus respectivement aux faces latérales avant et arrière (143, 144) du paquet de tôles (14), lesdits flasques de bobinage avant et arrière (15, 15’) présentant chacun une série de branches radiales (151) en forme de T, chacune desdites branches radiales (151) étant alignée axialement avec un des pôles (141) du paquet de tôles (14) et présentant, de préférence, un profil similaire ou identique à celui dudit pôle (141) dans un plan perpendiculaire à l’axe (X) de l’arbre ; - des bobinages (16) entourant partiellement les isolants de paquet de tôles (17) et les branches radiales (151) des flasques de bobinage avant et arrière (15, 15’) ; dans lequel chacun des isolants de paquet de tôles (17) est formé d’une partie avant (173, 174) et d’une partie arrière (173, 174), lesdites parties avant des isolants de paquet de tôles étant monobloc avec le flasque de bobinage avant (15) et formant avec ce dernier un sous-ensemble avant (181) et lesdites parties arrière des isolants de paquet de tôles étant monobloc avec le flasque de bobinage arrière (15’) et formant avec ce dernier un sous-ensemble arrière (181’), les sous-ensembles avant et arrière (181, 181’) étant reliés l’un à l’autre par des moyens de liaison. Rotor (10) bobiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sous-ensembles avant et arrière (181, 181’) sont reliés ensemble par un procédé de liaison choisi parmi le collage, le soudage, le clippage ou un emboitement par recouvrement partiel. Rotor (10) bobiné selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le sous-ensemble avant (181) possède la même forme tridimensionnelle que le sous-ensemble arrière (181’). Rotor (10) bobiné selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parties avant et arrière (173, 174) de chaque isolant de paquet de tôles (17) comprennent des zones d’extrémité (175, 176) respectives configurées pour s’emboiter l’une dans l’autre. Rotor (10) bobiné selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone d’extrémité (175, 176) de chacune des parties avant et arrière (173, 174) forme un creux soit sur une face interne (171) de l’isolant de paquet de tôles (17) qui est orientée vers le paquet de tôles (14), soit sur une face externe (172) de l’isolant de paquet de tôles (17) qui est orientée vers les bobinages (16). Rotor (10) bobiné selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pôles (141) sont disposés angulairement autour de l’arbre (12) de manière à être régulièrement espacés. Rotor (10) bobiné selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pôles (141) sont au nombre de six, deux pôles (141) adjacents étant espacés par un angle de 60°. Rotor (10) bobiné selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les flasques de bobinage avant et arrière (15, 15’) sont formés de matière plastique et les isolants de paquet de tôles (17) sont constitués d’un matériau diélectrique également en matière plastique. Moteur électrique (1) comprenant un rotor (10) bobiné selon l’une des revendications précédentes.