Brevet FR3151947A1 — publié le 20250207

L’invention concerne un collecteur de courant tournant (C’ ) configuré pour se monter solidairement à l’arbre d’un rotor bobiné pour une machine électrique tournante et pour se connecter au bobinage du rotor, et ledit collecteur comprenant une partie collectrice de courant (10), en une extrémité du collecteur, apte à être connectée à un système d’excitation électrique, caractérisé en ce que ladite partie collectrice de courant (10) est amovible et comporte des éléments de connexion électrique réversible (103, 104) avec la partie restante du collecteur (10’). Elle concerne aussi un ensemble rotor bobiné comprenant ledit collecteur ainsi que le procédé de fabrication dudit ensemble. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 Collecteur électrique tournant d’un rotor bobiné et ensemble rotor le comprenant L’invention concerne un collecteur électrique tournant d’un rotor bobiné destiné à une machine électrique tournante. Elle concerne aussi un ensemble rotor bobiné comprenant ledit collecteur électrique tournant, et le procédé de fabrication de l’ensemble rotor. Elle concerne également un véhicule comportant une machine électrique tournante comprenant l’ensemble rotor bobiné. Les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor peut être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et appartenir à une machine électrique tournante telle qu’un moteur électrique ou un alternateur. La machine électrique tournante électrique peut être utilisée dans un fonctionnement réversible en mode moteur (récepteur de courant électrique) et en mode de générateur de courant, par exemple dans le cas de la traction d’un véhicule par un moteur électrique relié à une batterie d’accumulateurs électrochimiques et qui peut fonctionner en générateur de courant en utilisant par exemple le freinage récupératif, c’est-à-dire en utilisant l’inertie du véhicule servant à entraîner la machine électrique pour permettre de charger la batterie. Dans la suite de la description, l’arbre dont est solidaire le rotor est appelé « l’arbre du rotor ». Les collecteurs électriques tournants sont des organes électriques permettant de créer une connexion électrique entre une partie fixe de la machine électrique tournante (système d’excitation électrique) et le rotor, partie tournante de la machine électrique tournante. Ils sont utilisés notamment dans le cas d'une rotation d’un rotor bobiné, là où une transmission du courant électrique par câble serait impossible. La illustre un rotor bobiné muni d’un collecteur électrique tournant « C », et la illustre le collecteur seul « C » selon un art antérieur. Le collecteur électrique tournant « C » est un collecteur à bague rotatif. De manière générale, un collecteur à bague rotatif comprend un support en matériau électriquement isolant comportant une entretoise (électriquement isolante) autour de laquelle est fixée au moins une bague conductrice collectrice du courant électrique, généralement en cuivre, le support avec l’entretoise étant monté autour de l'arbre du rotor. De plus, des éléments de connexion en matériau électroconducteur sont solidarisés audit support du collecteur pour réaliser la connexion entre le bobinage du rotor et une extrémité du collecteur qui est connectée à la/les bagues collectrices du collecteur. Par ailleurs, une connexion électrique est établie entre la/les bagues et un système d’excitation électrique (de la partie fixe de la machine électrique) par contact mécanique glissant. Cette connexion électrique peut être établie par l’intermédiaire d’un balai électroconducteur (non représenté sur les figures) qui frotte sur la bague du collecteur en rotation, ou le cas échéant par l’intermédiaire d’une lame de métal souple dans le cas de très petites machines électriques. C'est ainsi que le rotor est alimenté en permanence par un courant électrique qui crée un champ magnétique. Selon l’exemple illustré en , le rotor R comprend des bobines B de fil électroconducteur recouvert d’un émaillage électriquement isolant, qui, dans le cas d’un moteur électrique, doivent être alimentées en courant électrique afin d’engendrer un champ magnétique et créer un couple d’entraînement mettant en rotation l’arbre A du rotor. Les bobines sont montées en série selon l’exemple. A l'extrémité du collecteur tournant proximale des bobines se trouvent deux éléments de connexion électrique C1, C2, en matériau électroconducteur, recevant respectivement la connexion de l’une des extrémités B1, B2 du bobinage du rotor, un des crochets correspondant au pôle positif et l’autre crochet au pôle négatif. Les extrémités du bobinage du rotor sont fixées et connectées électriquement aux crochets de connexion par exemple par sertissage à chaud qui fond l’émaillage isolant. Le collecteur comprend deux bagues collectrices de courant C11, C12, qui sont connectées respectivement à l’un des crochets de connexion C1, C2 par une liaison électroconductrice interne dédiée. Cette liaison électroconductrice comprend par exemple une lamelle métallique s’étendant d’un crochet à l’une des bagues. La conception des rotors actuels engendre des problématiques. Une problématique est rencontrée lors de la fabrication du rotor qui comprend une étape d'imprégnation du bobinage du rotor par une résine pour figer les spires du bobinage afin que le bobinage soit correctement maintenu en place lors de la rotation du rotor notamment. L’imprégnation nécessite une étape de cuisson de la résine d’imprégnation, ce qui provoque un dépôt d’oxydation sur les bagues électroconductrices, notamment lorsqu’elles sont en cuivre. La conséquence est une mauvaise conductivité donc une mauvaise alimentation électrique du rotor, ce qui peut causer des pannes du moteur électrique par exemple. Une autre problématique provient de l’usure du collecteur, notamment du fait de l’usure des bagues, il faut démonter et changer tout l’ensemble rotor – collecteur, le collecteur étant relié de manière non réversible avec les extrémités du bobinage du rotor. Par ailleurs, des machines électriques tournantes peuvent comprendre un rotor bobiné connecté à un système d’excitation sans contact par l’intermédiaire d’un collecteur électrique tournant sans contact mécanique glissant avec le système d’excitation sans contact (sans balais). Ce collecteur tournant peut être relié électriquement d’une part au bobinage du rotor et d’autre part à une partie tournante du système d’excitation qui tourne solidairement à l’arbre du rotor et qui alimente le rotor en courant continu. Les connexions électriques du collecteur avec le rotor et avec la partie tournante du système d’excitation sont définitives (non réversibles). Une problématique en cas d’incident avec le collecteur est la nécessité de devoir démonter le rotor bobiné avec le collecteur de courant. En outre, selon la configuration et la nature des éléments de connexion du collecteur avec le système d’excitation, ces éléments pourraient être aussi altérés lors de l’étape d’imprégnation du bobinage du rotor. L’invention vise à répondre à ces problématiques. A cet effet, l’invention fournit un collecteur de courant tournant configuré pour se monter solidairement à l’arbre d’un rotor bobiné pour une machine électrique tournante et pour se connecter au bobinage du rotor, et ledit collecteur comprenant une partie collectrice de courant, en une extrémité du collecteur, apte à être connectée à un système d’excitation électrique. Selon l’invention, ladite partie collectrice de courant est amovible et comporte des éléments de connexion électrique réversible avec la partie restante du collecteur. Ladite partie collectrice en une extrémité du collecteur peut ainsi être retirée du collecteur en cas de besoin quand le collecteur est installé sur l’arbre du rotor et connecté au bobinage du rotor, sans avoir à retirer tout l’ensemble, et donc sans devoir changer tout l’ensemble, le collecteur restant connecté au rotor seulement par sa partie restante. L’invention présente ainsi un avantage économique en apportant un gain de temps et une simplification du process de réparation pour l’utilisateur. Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, ladite partie restante du collecteur comprend des premiers moyens de connexion électrique aptes à être connectés directement au bobinage du rotor et des deuxièmes moyens de connexion électrique connectés auxdits premiers moyens de connexion et se connectant réversiblement avec les éléments de connexion de la partie collectrice amovible. Plus particulièrement, ladite partie restante du collecteur comprend un support électriquement isolant de forme allongée, et lesdits premiers moyens de connexion électrique aptes à être connectés directement au bobinage du rotor sont des éléments de connexion externes par rapport audit support, et lesdits deuxièmes moyens de connexion électrique sont des éléments électroconducteurs qui ont une forme allongée s’étendant dans ledit support pour se connecter réversiblement à la partie amovible du collecteur. De préférence lesdits premiers moyens de connexion électrique externes sont portés en une extrémité du support et lesdits deuxièmes moyens de connexion électrique s’étendent au moins jusqu’en l’extrémité dudit support opposée à celle portant les premiers moyens de connexion, pour se connecter réversiblement à la partie amovible du collecteur. En particulier, ledit support électriquement isolant a une forme allongée globalement cylindrique. Selon un mode particulier de réalisation de l’invention, ladite partie collectrice de courant amovible comporte au moins une bague conductrice de courant (bague collectrice) apte à être connectée par contact mécanique glissant au système d’excitation, notamment via un composant électroconducteur de type balai. Selon un autre mode particulier de réalisation de l’invention, ladite partie collectrice de courant amovible est configurée pour être connectée avec un système d’excitation sans contact mécanique glissant. En particulier, la partie collectrice amovible du collecteur tournant est configurée pour être connectée par un contact mécanique à une partie tournante que comprend le système d’excitation qui peut tourner solidairement à l’arbre du rotor et qui pourra alimenter le rotor en courant continu. L’invention a également pour objet un ensemble rotor bobiné pour une machine électrique tournante comprenant l‘arbre du rotor et un collecteur de courant tournant monté autour dudit arbre du rotor, ledit collecteur de courant tournant étant tel que décrit précédemment, la partie collectrice de courant amovible étant connectée de manière réversible à la partie restante du collecteur qui est connectée au bobinage du rotor. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un ensemble rotor bobiné pour une machine électrique tournante, comprenant l’arbre du rotor et un collecteur de courant tournant se montant autour de l’arbre du rotor, dans lequel on utilise un collecteur de courant tel que décrit précédemment, et comprenant les étapes suivant lesquelles - (a) on monte le collecteur de courant autour de l’arbre du rotor sans la partie collectrice amovible, et on connecte le bobinage du rotor à la partie restante du collecteur de courant montée autour de l’arbre du rotor, puis - (b) on imprègne le bobinage du rotor d’une résine, puis - (c) on thermodurcit ladite résine, puis - (d) on monte la partie collectrice amovible dudit collecteur de courant autour de l’arbre du rotor et on la connecte réversiblement à la partie restante du collecteur de courant. Le collecteur de courant selon l’invention permet ainsi un procédé de fabrication avantageux de l’ensemble rotor bobiné sans crainte d’altérer la partie collectrice qui se connectera au système d’excitation. En particulier, la partie restante du collecteur de courant et la partie collectrice amovible du collecteur de courant sont montées respectivement à l’étape (a) et à l’étape (d) par emmanchement autour de l’arbre du rotor. En particulier, à l’étape (d), la partie collectrice amovible du collecteur électrique tournant est montée aboutée à la partie restante du collecteur. L’invention concerne aussi une machine électrique tournante comportant l’ensemble rotor bobiné tel que décrit précédemment ou un ensemble rotor bobiné fabriqué selon le procédé tel que décrit précédemment. En particulier ladite machine est configurée pour fonctionner comme récepteur de courant électrique et comme générateur de courant électrique. L’invention a également pour objet un véhicule, en particulier un véhicule automobile, comportant une machine électrique tournante de traction qui comporte un ensemble rotor bobiné tel que décrit précédemment ou un ensemble rotor bobiné fabriqué selon le procédé tel que décrit précédemment. Avantageusement ladite machine est configurée pour fonctionner comme récepteur de courant électrique et comme générateur de courant électrique, par exemple pour permettre de recharger la source d’énergie du système d’excitation. En mode générateur, par exemple l’inertie du véhicule peut être utilisée pour entraîner la machine électrique afin de charger une batterie. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre, suivant une vue en perspective, un collecteur électrique tournant monté sur l’arbre d’un rotor bobiné, selon un art antérieur de réalisation de l’invention. est une vue en perspective du collecteur électrique tournant de la selon un art antérieur. est une vue en perspective d’un collecteur électrique tournant selon un mode de réalisation de l’invention. est une vue d’une partie du collecteur électrique tournant représenté en . est une vue partielle, en section longitudinale, du collecteur électrique tournant de la . Les figures 1A et 1B ont été commentées en introduction. Les figures 2 à 4 illustrent un collecteur de courant électrique tournant selon un mode de réalisation conforme à l’invention apte à être connecté à un rotor bobiné. Ledit collecteur est un collecteur à bague rotatif « C’ ». Le collecteur de courant tournant « C’ » est constitué de deux parties séparables 10, 10’, autrement dit le collecteur comprend deux pièces. Le collecteur comprend ainsi une première pièce, la partie 10’ connectée directement au bobinage du rotor. Elle comporte un support isolant électrique 100’, en matière plastique, de forme allongée globalement cylindrique (direction axiale XX’) et intérieurement creux. La matière plastique est un thermoplastique, un polyamide selon l’exemple. Cette première pièce (partie 10’) comporte des premiers éléments de connexion 11, 12, recevant les extrémités du bobinage du rotor, et qui sont externes audit support 100’ qui les supporte en son extrémité qui sera proximale du bobinage du rotor. Ces premiers éléments de connexion 11, 12 sont sous forme de crochets dans lesquels les extrémités du bobinage du rotor seront serties à chaud pour établir le contact électrique. Ces crochets 11, 12 sont par ailleurs connectés à des deuxièmes éléments de connexion 111, 112, internes audit support 100’, et qui s’étendent jusqu’à l’extrémité du support qui est opposée à l’extrémité portant les éléments de connexion externes 11, 12 (voir ). Le collecteur comprend aussi une deuxième pièce 10, correspondant à la partie collectrice de courant 10 du collecteur, apte à être connectée à un système d’excitation électrique à contact mécanique glissant de la partie fixe d’une machine électrique tournante. Elle comprend deux bagues collectrices de courant électrique 101, 102, en matériau électroconducteur, en cuivre selon l’exemple, fixées autour d’un support isolant électriquement 100, de forme cylindrique et creux (de direction axiale XX’) qui s’installe comme une entretoise isolante sur l’arbre du rotor. Les bagues 101, 102 établiront ainsi une connexion électrique avec un système d’excitation électrique via des balais. Ladite partie collectrice de courant 10 comporte aussi deux éléments de connexion 103, 104, partiellement internes à son support isolant électriquement 100, qui sont d’une part connectés respectivement à une bague 101, 102, et d’autre part connectés, de manière réversible, respectivement aux deuxièmes éléments de connexion, internes, 111, 112 de ladite première pièce 10’ par des extrémités dépassant du support 100. La connexion entre les éléments de connexion 103, 104, 111, 112 respectifs des deux parties 10, 10’ du collecteur se font par appui de lamelles électroconductrices entre elles, selon l’exemple ( ). Lors de la fabrication de l’ensemble rotor bobiné comprenant le rotor bobiné, l’arbre du rotor et le collecteur de courant tournant C’, on procède comme suit : - on monte seule la première pièce 10’ du collecteur de courant autour de l’arbre du rotor bobiné, et les extrémités du bobinage du rotor sont alors connectées respectivement aux éléments de connexion externes 11, 12 de ladite première pièce 10’, puis - le bobinage du rotor est imprégné d’une résine, le cas échéant y compris les connexions avec les éléments externes 11, 12 de la pièce 10’ du collecteur, puis - ladite résine est thermodurcie, afin de maintenir les spires du bobinage ensemble et assurer la tenue du bobinage lors des rotations, puis - la deuxième pièce 10 , partie collectrice à bague du collecteur, est montée autour de l’arbre du rotor de manière à l’abouter avec la première pièce 10’ du collecteur et à connecter ses éléments de connexion partiellement internes 103, 104, de manière réversible, respectivement à ceux internes 111, 112 de ladite première pièce 10’ . La résine d’imprégnation est choisie parmi des résines connues en soi pour cet usage. Les différentes parties 10, 10’ du collecteur de courant sont montées autour de l‘arbre du rotor par emmanchement (frettage) selon l’exemple. La partie collectrice 10 qui se relie au système d’excitation électrique est donc implantée sur le collecteur monté sur le rotor de manière amovible. Elle peut être aisément séparée de la première pièce 10 du collecteur, qui est la partie restante du collecteur connectée (définitivement) directement au bobinage du rotor. En cas d’usure, il faut uniquement changer cette partie amovible 10. En outre, l’ensemble rotor bobiné, qui comprend le rotor bobiné, l’arbre du rotor et le collecteur tournant, peut être fabriqué sans que la partie collectrice 10 avec bague soit soumise à l’étape d’imprégnation qui peut l’oxyder. L’invention n’est cependant pas limitée au mode de réalisation décrit, notamment pas au mode de connexion électrique entre les deux pièces du collecteur tournant qui a été décrit. Une connexion électrique par clippage, par exemple utilisant des cosses électriques et/ou des connecteurs électriques, peut être envisagée. En outre le mode de jonction entre les deux pièces et de leur montage sur l’arbre rotor n’est pas limité à un mode d’aboutement par frettage des deux pièces sur l’arbre du rotor. L’invention peut ainsi aussi bien s’appliquer à une machine électrique tournante de type récepteur électrique, par exemple un moteur électrique, ou de type générateur électrique, qu’à une machine électrique tournante amenée à utiliser les deux fonctions récepteur et générateur de courant comme par exemple un moteur électrique d’un véhicule alimenté depuis une batterie. Collecteur de courant tournant (C’ ) configuré pour se monter solidairement à l’arbre d’un rotor bobiné pour une machine électrique tournante et pour se connecter au bobinage du rotor, et ledit collecteur comprenant une partie collectrice de courant (10), en une extrémité du collecteur, apte à être connectée à un système d’excitation électrique, caractérisé en ce que ladite partie collectrice de courant (10) est amovible et comporte des éléments de connexion électrique réversible (103, 104) avec la partie restante du collecteur (10’). Collecteur de courant tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie restante du collecteur (10’) comprend des premiers moyens de connexion électrique (11, 12) aptes à être connectés directement au bobinage du rotor et des deuxièmes moyens de connexion électrique (111, 112) connectés auxdits premiers moyens de connexion (11, 12) et se connectant réversiblement avec les éléments de connexion (103, 104) de la partie collectrice amovible (10). Collecteur de courant tournant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite partie restante du collecteur (10’) comprend un support électriquement isolant (100’) de forme allongée, et en ce que lesdits premiers moyens de connexion électrique (11, 12) aptes à être connectés directement au bobinage du rotor sont des éléments de connexion externes (11, 12) par rapport audit support (100’), et en ce que lesdits deuxièmes moyens de connexion électrique (111, 112) sont des éléments électroconducteurs qui ont une forme allongée s’étendant dans ledit support (100’) pour se connecter réversiblement à la partie amovible (10) du collecteur. Collecteur de courant tournant selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite partie collectrice de courant amovible (10) comporte au moins une bague conductrice de courant (101, 102) apte à être connectée par contact mécanique glissant au système d’excitation. Collecteur de courant tournant selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite partie collectrice de courant amovible est configurée pour être connectée avec un système d’excitation électrique sans contact mécanique glissant. Ensemble rotor bobiné pour une machine électrique tournante comprenant l‘arbre du rotor et un collecteur de courant tournant (C’ ) monté autour dudit arbre du rotor, caractérisé en ce que ledit collecteur de courant tournant est selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, la partie collectrice de courant amovible (10) étant connectée de manière réversible à la partie restante du collecteur (10’) qui est connectée au bobinage du rotor. Procédé de fabrication d’un ensemble rotor bobiné pour une machine électrique tournante, comprenant l’arbre du rotor et un collecteur de courant tournant se montant autour de l’arbre du rotor, dans lequel on utilise un collecteur de courant ( C’ ) selon l’une des revendications 1 à 5, et comprenant les étapes suivant lesquelles - (a) on monte le collecteur de courant autour de l’arbre du rotor sans la partie collectrice amovible (10), et on connecte le bobinage du rotor à la partie restante (10’) du collecteur de courant montée autour de l’arbre du rotor, puis - (b) on imprègne le bobinage du rotor d’une résine, puis - (c) on thermodurcit ladite résine, puis - (d) on monte la partie collectrice amovible (10) dudit collecteur de courant autour de l’arbre du rotor et on la connecte réversiblement à la partie restante (10’) du collecteur de courant. Procédé de fabrication d’un ensemble rotor bobiné selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie restante (10’) du collecteur de courant et la partie collectrice amovible (10) du collecteur de courant sont montées respectivement à l’étape (a) et à l’étape (d) par emmanchement autour de l’arbre du rotor. Procédé de fabrication d’un ensemble rotor bobiné selon l’une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce qu’à l’étape (d), la partie collectrice amovible (10) du collecteur électrique tournant est montée aboutée à la partie restante du collecteur (10’). Véhicule, en particulier véhicule automobile, comportant une machine électrique tournante de traction qui comporte un ensemble rotor bobiné selon la revendication 6 ou un ensemble rotor bobiné fabriqué suivant le procédé selon l’une des revendications 7 à 9, et de préférence ladite machine étant configurée pour fonctionner comme récepteur de courant électrique et comme générateur de courant électrique.