Brevet FR3153949A1 — publié le 20250411

L’invention concerne un rotor de machine tournante électrique comprenant un arbre et une pluralité de dents (24) s’étendant radialement dudit arbre, chacune desdites dents (24) présentant deux faces axiales opposées (40, 42) sensiblement parallèles entre elles et deux extrémités opposées ; deux pluralités d’organes d’appui (32) adaptées à être rapportées respectivement aux extrémités opposées des dents de ladite pluralité de dents (24), chacun des organes d’appui (32) présentant deux portions de surface cylindriques (48, 50), à droites génératrices sensiblement perpendiculaires audit arbre et s’étendant respectivement dans le prolongement desdites deux faces axiales (40, 42) de dent en convergeant l’une vers l’autre pour pouvoir former appui à un fil conducteur enroulé autour de la dent (24). Chacune desdites deux portions de surface cylindriques (48, 50) présente un rayon de courbure décroissant à mesure que lesdites portions de surface cylindriques (48, 50) convergent l’une vers l’autre. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 6 Rotor de machine tournante électrique La présente invention se rapporte à un rotor de machine tournante électrique. Un domaine d’application envisagé est notamment celui des machines tournantes électriques pour les véhicules automobiles et plus particulièrement, celui des moteurs de traction. Des rotors de machine tournante électrique connus comportent un arbre et une pluralité de dents s’étendant de l’arbre, d’une part selon une composante radiale et d’autre part, selon une composante axiale. Les dents sont alors régulièrement distribuées autour de l’arbre et elles sont séparées les unes des autres par des encoches. Les dents sont usuellement réalisées par un empilement de tôles d’acier « électrique ». Chacune des dents du rotor présente deux faces opposées parallèles, lesquelles définissent deux plans qui s’étendent à l’opposé l’un de l’autre par rapport à l’axe de rotation du rotor. Aussi, chacune des dents présente deux extrémités opposées sur lesquelles on vient rapporter des organes d’appui permettant de recevoir les enroulements de fil électrique autour des dents. Ainsi, les parties d’enroulement de fils électriques venant s’appliquer aux extrémités sur les organes d’appui sont encore appelés : « têtes de bobine », tandis que les organes d’appui sont autrement dénommés : « guide tête de bobine ». Les organes d’appui présentent deux portions de surface cylindriques dont les droites génératrices sont perpendiculaires à l’arbre du rotor. Les deux portions de surface cylindriques s’étendent respectivement dans le prolongement des deux faces axiales de la dent et elles convergent l’une vers l’autre. Un organe d’appui est ainsi installé à chacune des deux extrémités de chacune des dents de façon à former un appui au fil conducteur électrique lorsqu’il est enroulé autour des dents. Un enjeu dans ce type de rotor est de pouvoir bobiner une longueur de fil maximale autour des dents, compte tenu de l’espace disponible. En outre, les fils conducteurs sont en cuivre et ils sont recouverts d’un revêtement isolant de manière à pouvoir être enroulé les uns contre les autres de manière serrée sans contact électrique. Et, il convient durant le bobinage et la finition du rotor de ne pas endommager le revêtement des fils de cuivre. Il s’avère que durant le bobinage de chacune des dents, il apparaît des bossages à la surface des enroulements et au voisinage des organes d’appui. Outre que ces bossages obèrent la faculté d’enrouler une longueur maximale de fil, ils compromettent également la possibilité d’engager les cales entre les enroulements sans endommager le revêtement des fils. Ces cales insérées axialement entre les enroulements, visent notamment à maintenir les fils en position fixe afin d’éviter leur centrifugation lors du fonctionnement du rotor à l’intérieur d’un stator. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un rotor de machine tournante électrique dont, non seulement la densité de fils bobinés est maximale, mais aussi dont les fils n’ont pas été altérés durant le bobinage et le montage. Dans le but de résoudre ce problème, il est proposé un rotor de machine tournante électrique comprenant : un arbre et une pluralité de dents s’étendant radialement dudit arbre, chacune desdites dents présentant deux faces axiales opposées sensiblement parallèles entre elles et deux extrémités opposées ; deux pluralités d’organes d’appui adaptées à être rapportées respectivement aux extrémités opposées des dents de ladite pluralité de dents, chacun des organes d’appui présentant deux portions de surface cylindriques à droites génératrices sensiblement perpendiculaires audit arbre et s’étendant respectivement dans le prolongement desdites deux faces axiales de dent en convergeant l’une vers l’autre pour pouvoir former appui à un fil conducteur enroulé autour de la dent. Aussi, chacune desdites deux portions de surface cylindriques présente un rayon de courbure décroissant à mesure que lesdites portions de surface cylindriques convergent l’une vers l’autre. Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans la mise en œuvre d’organes d’appui dont les deux portions de surface cylindriques présente une géométrie particulière à rayon de courbure variable. En effet, usuellement, les surfaces cylindriques des organes d’appui étaient définies par une courbe directrice sensiblement circulaire sans qu’une attention particulière ne soit portée sur cette géométrie. Autrement dit, les surfaces cylindriques avaient le profil d’une portion de cylindre à base circulaire. Aussi, en fonction de la section des fils de cuivre et de leur raideur, des bossages apparaissaient de manière plus ou moins marquée au voisinage des organes d’appui. Et il a été mis en lumière que la forme des surfaces cylindriques conditionnait l’apparition de ces bossages. Ainsi, il est apparu qu’en prévoyant des surfaces cylindriques dont le rayon de courbure était décroissant à mesure qu’elles convergeaient l’une vers l’autre, les bossages disparaissaient. Conséquemment, ladite densité de fil enroulé autour de chaque dent est optimale. Et au surplus, le revêtement des fils n’est pas endommagé lors de l’insertion des cales. Selon un mode de mise en œuvre de l’invention particulièrement avantageux, ledit rayon de courbure décroit progressivement à mesure que lesdites portions de surface cylindriques convergent l’une vers l’autre. Préférentiellement, ledit rayon de courbure varie de façon inversement proportionnelle à la distance mesurée le long desdites portions de surface cylindriques. Autrement dit, la courbe directrice des surfaces cylindriques est apparentée à une clothoïde. Selon un mode de réalisation préféré, lesdites deux portions de surface cylindriques sont symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan médian coupant ledit organe d’appui. De la sorte, les fils de cuivre décrivent deux parties symétriques l’une de l’autre avant de rejoindre les deux faces opposées de chacune des dents. Il est ainsi plus aisé d’obtenir une tension constante dans le fil lors du bobinage. Par ailleurs, chacun des organes d’appui présente deux bords latéraux et deux zones frontales sensiblement coplanaires, lesdites deux portions de surface cylindriques s’étendent respectivement desdits deux bords latéraux jusqu’auxdites deux zones frontales. Ainsi, le fils prend appui sur les surfaces cylindriques et ensuite dans les zones frontales sensiblement plates sans pour autant faire apparaître de bossages ou d’irrégularités de bobinage. Aussi, on augmente la quantité de fil fonctionnelle par rapport à la quantité totale de fil bobiné sur chacune des dents. Selon une variante de réalisation de l’invention particulièrement avantageuse, les organes d’appui de chacune desdites deux pluralités d’organes d’appui sont solidaires d’une couronne, et lesdits organes d’appui s’étendent radialement de ladite couronne. Les organes d’appui s’étendent radialement de la couronne en étoile à l’opposé du centre de celle-ci. De la sorte, tous les organes d’appui de la pluralité d’organes d’appui sont solidaires les uns des autres. Préférentiellement, les organes d’appui et ladite couronne sont moulés ensemble d’une seule pièce en matériau polymère. Ainsi, les organes appui et la couronne forme une seule pièce adaptée à être rapportée aux extrémités du rotor pour venir en applique contre des extrémités des dents. Avantageusement, lesdits organes d’appui présentent une extrémité libre en T. Pour chacune des dents, le fil est enroulé en spirale en couches superposées sans perte de place. L’extrémité libre en T permet ainsi de retenir les enroulements de fil des différentes couches. Ainsi, les dents de ladite pluralité de dents équipées respectivement desdites deux pluralités d’organes d’appui, présentent chacune un enroulement de fil conducteur, et il comprend en surplus, une pluralité de cales insérées entre les enroulements. Ces cales sont insérées axialement sans difficulté car les dents sont dépourvues de bossage. 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 : FIG. 1 est une vue schématique en perspective d’un rotor conforme à l’invention ; FIG. 2 est une vue schématique en écorché de l’objet de la FIG. 1 dépourvu de certains éléments ; FIG. 3 est une vue schématique de détail d’un élément de l’objet de la FIG. 2 ; FIG. 4 est une vue schématique en coupe transversale d’un élément de l’objet de la FIG. 2 ; FIG. 5 est une vue schématique en perspective d’un détail de l’objet de la FIG. 3 ; et, FIG. 6 est une vue schématique de détail de l’objet de la FIG. 5 . La FIG. 1 montre un rotor 10 de moteur électrique. Il présente un arbre 12 comprenant deux extrémités opposées 14, 16 destinées à être montées en rotation dans les paliers d’un stator non représentés. L’arbre 12 définit un axe de symétrie S. Le rotor 10 comporte ici huit pôles identiques 18 s’tendant radialement de l’arbre 12. Chacun des pôles 18 présente deux têtes de bobine opposées 20, 22. On retrouve sur la FIG. 2 le rotor 10 en écorché et apparaît ainsi une dent 24 de l’un des pôles 18. La dent 24, comme toutes celles des autres pôles 18 est faite d’un empilement de tôles d’acier « électrique » s’étendant transversalement par rapport au rotor 10. La dent 24 présente deux extrémités opposées 26, 28 sur lesquelles sont rapportés respectivement deux organes d’appui 30, 32 que l’on détaillera ci-après. Ces organes d’appui 30, 32 sont autrement dénommés « guide tête de bobine ». En outre, apparaît un fil conducteur électrique 34 enroulé en spirale autour de la dent 34 et des deux organes d’appui 30, 32 sur quatre couches superposées. Aussi, la FIG. 4 montre en coupe transversale le rotor 10 débarrassé de ses enroulements de fil et présentant le seul arbre 12 et huit dents 24 s’étendant radialement de l’arbre 12. Les huit dents 24 sont respectivement séparées les unes des autres par huit encoches 36 Les dents 24 sont régulièrement espacées les unes des autres d’un angle de 45° et elles présentent chacune une extrémité libre profilée en T 38. Aussi, les dents 24 présentent chacune deux faces opposées 40, 42 sensiblement parallèles l’une à l’autre. Les deux faces opposées 40, 42 parallèles, sont symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan axial contenant l’axe de symétrie S de l’arbre 12. On se référera à présent à la FIG. 3 montrant huit organes d’appui 32 des extrémités 28 des huit dents 24 reliées ensemble par une couronne 44 d’où ils s’étendent radialement en formant étoile. Les huit organes d’appui 32 s’étendent librement de la couronne 44 à l’opposé de son centre C. Et ils sont adaptés à venir s’appliquer respectivement contre les huit extrémités 28 des huit dents 24, tandis que l’axe de symétrie S du rotor 12 vient couper le centre C de la couronne 44. Partant, les huit organes d’appui 32 solidaires de la couronne 44 présentent ensemble une géométrie identique à la section droite du rotor illustré sur la FIG. 4 . En outre, ils sont surmontés chacun d’une aile libre 46 en formant un T. L’aile libre 46 vient alors s’appliquer en regard de l’extrémité libre profilée en T 38 des dents 24. Au surplus, les huit autres organes d’appui 30, opposés, sont réunis ensemble de la même façon par une couronne. Aussi, une pièce identique de la pièce en étoile illustrée sur la FIG. 4 est rapportée sur les huit autres extrémités 26 des huit dents 24. Avantageusement, la pièce en étoile illustrée sur la FIG. 4 est moulée d’une seule pièce dans un matériau polymère. On retrouve en détail sur la FIG. 5 un seul organe d’appui 32 s’étendant de la couronne 44 et surmonté de l’aile libre 46. Aussi, l’organe d’appui 32 présente deux portions de surface cylindriques 48, 50 définies par des génératrices G parallèles et par des courbes directrices que l’on décrira à présent en regard de la FIG. 6 . Ainsi, on retrouve partiellement sur la FIG. 6 , l’organe d’appui 32 et en détail, les deux portions de surface cylindriques 48, 50 définies par les génératrices G. L’organe d’appui présente deux bords latéraux opposés l’un de l’autre 52, 54 et deux zones frontales 56, 58 s’étendant sensiblement dans un même plan séparées l’une de l’autre par une rainure en U 60. Les deux portions de surface cylindriques 48, 50 s’étendent respectivement depuis leur deux bord opposés 52, 54 et jusqu’à leurs deux zones frontales 56, 58 en convergent l’une vers l’autre. Aussi, elles sont symétriques l’une de l’autre par rapport au plan médian Pm. Les deux portions de surface cylindriques 48, 50 définies par les génératrices G et aussi par les courbes directrices 62, 64 sur lesquelles elles s’appuient. Les courbes directrices 62, 64 correspondent sur la FIG. 6 à l’intersection des deux portions de surface cylindriques 48, 50 avec le plan de coupe VI-VI perpendiculaire aux génératrices G. Et une caractéristique de l’invention réside dans la forme particulière des portions de surface cylindriques 48, 50 où leurs courbes directrices 62, 64 présentent un rayon de courbure décroissant depuis les des deux bords opposés 52, 54 respectivement, jusqu’aux deux zones frontales 56, 58 correspondantes. Autrement dit, la courbure, soit l’inverse du rayon de courbure, s’accroît depuis des deux bords opposés 52, 54 respectivement, jusqu’aux deux zones frontales 56, 58 correspondantes. Selon une description équivalente, on observera qu’un premier cercle osculateur 66 dans la zone des portions de surface cylindriques 48, 50 correspondant aux deux bords opposés 52, 54 présente un diamètre supérieur à un deuxième cercle osculateur 68 dans la zone des portions de surface cylindriques situées respectivement au voisinage des deux zones frontales 56, 58. Aussi, on observera que la distance qui s’étend entre les deux bords opposés 52, 54 de l’organe d’appui 32, laquelle correspond au diamètre du premier cercle osculateur 66, est sensiblement égal à la largeur des dents 24. La largeur des dents 24 correspond à la distance qui s’étend entre les deux faces opposées 40, 42 telles qu’elles apparaissent par exemple, sur la FIG. 4 , et partiellement représentées sur la FIG. 6 . Partant, le rayon de courbure des portions de surface cylindriques 48, 50 au voisinage des deux bords opposés 52, 54, est sensiblement égal à la moitié de la largeur L de dent 24. En revanche, le rayon de courbure des portions de surface cylindriques 48, 50 au voisinage des deux zones frontales 56, 58 est inférieur à la moitié de la largeur L de la dent 24, et il correspond au rayon du deuxième cercle osculateur 68. Par exemple, le rayon du deuxième cercle osculateur 68 est compris entre la moitié et le quart du premier cercle osculateur 66. Avantageusement, le rayon du deuxième cercle osculateur 68 est voisin du tiers de celui du premier cercle osculateur 66. Avantageusement, le rayon de courbure diminue depuis les portions de surface cylindriques 48, 50 situées au voisinage des deux bords opposés 52, 54, de façon inversement proportionnelle à la distance mesurée le long desdites portions de surface cylindriques, suivant les courbes directrices 62, 64, jusqu’aux deux zones frontales 56, 58. Ainsi, les deux portions de surface cylindriques 48, 50 s’étendent respectivement dans le prolongement des deux faces axiales 40, 42 de dent 24. Et, elles convergent l’une vers l’autre. De la sorte, à chaque tour de fil conducteur, pour la première couche de fil, le fil conducteur appliqué tendu contre l’une 40 des deux faces axiales, et parallèlement à l’axe de symétrie S de l’arbre 12, vient en appui contre l’un 52 des deux bords opposés, puis sur l’une des portions de surface cylindriques 48 en épousant sa forme jusqu’à l’une 56 des deux zones frontales. Puis le fil rejoint ensuite l’autre 58 des zones frontales pour venir s’appliquer contre l’autre portion de surface cylindrique 50 en épousant sa forme jusqu’à l’autre 54 des deux bords opposés. Ensuite, le fil rejoint l’autre 42 des deux faces axiales pour revenir en appui contre l’autre organe d’appui 30 à l’autre extrémité opposée 26 de la dent 24. L’autre organe d’appui 30 est identique et partant, le fil est conformé selon la même géométrie. Les autres spires de fil de la première couche sont réalisées de la même façon jusqu’à l’aile libre 46. Et s’agissant des spires des autres couches, le fil chemine à cheval sur deux spires contiguës de la couche inférieure pour réduire au maximum les espaces libres en empruntant la même courbure définie par les organes d’appui 32. Grâce à la géométrie particulière donnée au fil conducteur aux deux extrémités opposées 26, 28 de la dent 24, par l’intermédiaire des deux organes d’appui 30, 32, le phénomène de bossage du fil aux abords de ses extrémités 26, 28 n’apparaît pas. L’enroulement du fil est ainsi opéré pour chacune des dents 24. Ainsi, la compacité des bobinages est optimale et des cales de section triangulaire 70, 72 telles qu’illustrées sur la FIG. 2 peuvent être engagées entre les enroulements de fil sans endommager leur revêtement. Rotor de machine tournante électrique comprenant : - un arbre (12) et une pluralité de dents (24) s’étendant radialement dudit arbre, chacune desdites dents (24) présentant deux faces axiales opposées (40, 42) sensiblement parallèles entre elles et deux extrémités opposées (26, 28) ; - deux pluralités d’organes d’appui (30, 32) adaptées à être rapportées respectivement aux extrémités opposées (26, 28) des dents de ladite pluralité de dents (24), chacun des organes d’appui (30, 32) présentant deux portions de surface cylindriques (48, 50), à droites génératrices sensiblement perpendiculaires audit arbre (12) et s’étendant respectivement dans le prolongement desdites deux faces axiales (40, 42) de dent en convergeant l’une vers l’autre pour pouvoir former appui à un fil conducteur (34) enroulé autour de la dent (24) ; caractérisé en ce que chacune desdites deux portions de surface cylindriques (48, 50) présente un rayon de courbure décroissant à mesure que lesdites portions de surface cylindriques (48, 50) convergent l’une vers l’autre. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit rayon de courbure décroit progressivement à mesure que lesdites portions de surface cylindriques (48, 50) convergent l’une vers l’autre. Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit rayon de courbure varie de façon inversement proportionnel à la distance mesurée le long desdites portions de surface cylindriques (48, 50). Rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites deux portions de surface cylindriques (48, 50) sont symétriques l’une de l’autre par rapport à un plan médian Pm coupant ledit organe d’appui (30, 32). Rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chacun des organes d’appui (30, 32) présente deux bords latéraux (52, 54) et deux zones frontales (56, 58) sensiblement coplanaires, lesdites deux portions de surface cylindriques (48, 50) s’étendent respectivement desdits deux bords latéraux jusqu’auxdites deux zones frontales. Rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les organes d’appui (30, 32) de chacune desdites deux pluralités d’organes d’appui sont solidaires d’une couronne (44), et en ce que lesdits organes d’appui s’étendent radialement de ladite couronne. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que les organes d’appui (30, 32) et ladite couronne (44) sont moulés ensemble d’une seule pièce en matériau polymère. Rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits organes d’appui (30, 32) présentent une extrémité libre en T (46). Rotor selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les dents (24) de ladite pluralité de dents équipées respectivement desdites deux pluralités d’organes d’appui (30, 32), présentent chacune un enroulement de fil conducteur (34), et en ce qu’il comprend une pluralité de cales (70, 72) insérées entre les enroulements.