Brevet FR3157720A1 — publié le 20250627

Procédé de fabrication d’un rotor pour un moteur électrique Procédé de fabrication d’un rotor (4) pour un moteur électrique (2), comprenant : - une étape (E1) de fabrication d’un sous-ensemble comprenant un arbre central (8) pourvu d’au moins une bague (10A, 10B), notamment en cuivre, et un ensemble de bobines (7), chaque bobine comprenant un enroulement d’un fil électrique, chaque bobine étant destinée à être parcourue par un courant électrique pour former un pôle magnétique du rotor, l’au moins une bague (10A,10B) étant destinée à coopérer avec au moins un balai (11A, 11B) pour alimenter lesdites bobines en énergie électrique, puis - une étape (E2) d’imprégnation desdites bobines avec une résine, notamment une résine polymère thermodurcissable, puis - une étape (E3) d’exposition dudit sous-ensemble à une source de chaleur (15) pour faire durcir ladite résine, puis - une étape (E4) de décapage laser de l’au moins une bague. Figure pour l’abrégé : figure 2 Procédé de fabrication d’un rotor pour un moteur électrique Domaine Technique de l'invention L’invention concerne un procédé de fabrication d’un rotor pour un moteur électrique. L’invention porte aussi sur un procédé de fabrication d’un moteur électrique pour un véhicule, notamment pour un véhicule automobile. Etat de la technique antérieure Les véhicules automobiles dits "électriques" ou "hybrides" comprennent un moteur électrique apte à entraîner des roues motrices du véhicule. Il existe différents types de moteurs électriques parmi lesquels des moteurs électriques dits "à rotor bobiné". De tels moteurs électriques comprennent un rotor pourvu d'une pluralité de pôles, chaque pôle comprenant une bobine formée par un enroulement d'un fil électrique. Le rotor est alimenté en énergie électrique par l’intermédiaire de bagues coopérant avec des balais, de manière à faire circuler un courant électrique dans chaque bobine. La circulation du courant électrique induit un champ magnétique qui interagit avec un stator du moteur électrique de manière à faire tourner le rotor. L'avantage d'un moteur électrique à rotor bobiné est qu'il ne requiert aucun aimant permanent. Ces moteurs électriques sont plus simples à fabriquer et notamment ne requièrent pas de terres rares, lesquelles sont difficiles à approvisionner. Le rotor est exposé à des variations de température, des vibrations et des forces centrifuges très importantes. Ces contraintes peuvent conduire à déplacer les fils électriques des bobines 7 au sein du rotor, ce qui provoque ensuite des dysfonctionnements du moteur électrique. Afin d'assurer la cohésion des bobines 7 au sein du rotor, il est connu de procéder à une imprégnation des bobines avec une résine, notamment une résine polymère thermodurcissable. Le procédé d’imprégnation consiste alors à déposer la résine à l’état liquide sur les bobines du rotor de manière à ce qu’elle comble les espaces vides autour des fils électriques, puis à faire durcir la résine en exposant le rotor à une source de chaleur telle qu’une résistance chauffante. La résine permet également d'étanchéifier le rotor, ce qui permet ensuite de canaliser un fluide de refroidissement et de lubrification, notamment de l'huile, au sein du rotor afin de le refroidir et de le lubrifier. La résine permet aussi d'améliorer l'isolation électrique de chaque bobine. Néanmoins, il a été constaté que les moteurs électriques ainsi obtenus présentent encore des frottements résiduels et des dysfonctionnements. Le rendement de ces moteurs électriques n’est donc pas optimal. Présentation de l'invention Le but de l’invention est de fournir un procédé de fabrication d’un rotor et un procédé de fabrication d’un moteur électrique remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les procédés de fabrication connus de l’art antérieur. Plus précisément, un premier objet de l’invention est de fournir un procédé de fabrication d’un rotor et un procédé de fabrication d’un moteur électrique permettant d’obtenir un moteur électrique avec un rendement optimal. L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un rotor pour un moteur électrique, comprenant : - une étape de fabrication d’un sous-ensemble comprenant un arbre central pourvu d’au moins une bague, notamment en cuivre, et un ensemble de bobines, chaque bobine comprenant un enroulement d’un fil électrique, chaque bobine étant destinée à être parcourue par un courant électrique pour former un pôle magnétique du rotor, l’au moins une bague étant destinée à coopérer avec au moins un balai pour alimenter lesdites bobines en énergie électrique, puis - une étape d’imprégnation desdites bobines avec une résine, notamment une résine polymère thermodurcissable, puis - une étape d’exposition dudit sous-ensemble à une source de chaleur pour faire durcir ladite résine, puis - une étape de décapage laser de l’au moins une bague. L’étape de décapage laser peut être réalisée avec un moyen de génération d’un faisceau laser générant un faisceau laser dont la longueur d’onde est d’environ 532 nm. L’au moins une bague peut comprendre une forme tubulaire centrée sur un axe de rotation du rotor, et l’étape de décapage laser peut être réalisée en faisant tourner l’au moins une bague autour dudit axe de rotation. L’au moins une bague peut comprendre une forme tubulaire centrée sur un axe de rotation du rotor, et l’étape de décapage laser peut être réalisée avec un moyen de génération d’un faisceau laser générant un faisceau laser s’étendant sur toute la hauteur de la bague suivant ledit axe de rotation. L’étape de décapage laser peut comprendre une étape d’évaluation d’un état d’oxydation de l’au moins une bague, l’étape d’évaluation étant réalisée après l’étape d’exposition du rotor à une source de chaleur, et le procédé de fabrication peut comprendre une étape de paramétrage de l’étape de décapage laser en fonction de l’état d’oxydation de l’au moins une bague. Ladite étape d’évaluation d’un état d’oxydation peut comprendre une étape d’acquisition d’au moins une image de l’au moins une bague au moyen d’un capteur optique, puis une étape d’analyse d’une couleur de l’au moins une bague. Le procédé de fabrication peut comprendre une étape d’aspiration de débris en parallèle de l’étape de décapage laser. L’étape de décapage peut être réalisée avec un moyen de génération d’un faisceau laser positionné à une distance de l’au moins une bague comprise entre 20 cm et 80 cm inclus. L’au moins une bague peut comprendre au moins deux bagues coaxiales et assemblées côte-à-côte sur un même arbre central du rotor. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’un moteur électrique pour un véhicule automobile, comprenant - la mise en œuvre du procédé de fabrication d’un rotor tel que défini précédemment, puis - l’assemblage d’un stator autour du rotor, et - l’assemblage d’au moins un balai coopérant avec l’au moins une bague du rotor. Présentation des figures Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La FIG. 1 est une vue schématique d'un véhicule automobile comprenant un moteur électrique. La FIG. 2 est une vue en perspective du moteur électrique de la FIG. 1 La FIG. 3 est un synoptique d’un procédé de fabrication d’un moteur électrique selon un mode de réalisation de l’invention. La FIG. 4 est une vue de côté d’une partie du moteur électrique de la FIG. 1 au cours d’un procédé d’imprégnation des bobines du moteur électriques avec une résine. La FIG. 5 est une photographie au microscope de la surface d’une bague du rotor du moteur de la FIG. 1 après une étape d’exposition du rotor à une source de chaleur pour faire durcir une résine. La FIG. 6 est une vue schématique en coupe d’une étape de décapage laser de la bague de la FIG. 5 . La FIG. 7 est une vue de côté de l’étape de décapage laser de la bague de la FIG. 5 . Description détaillée La FIG. 1 illustre schématiquement un véhicule 1 automobile comprenant un moteur électrique 2 de traction et/ou de propulsion. Le moteur électrique 2 est apte à entraîner des roues motrices 3 du véhicule. Le moteur électrique 2 est un moteur à rotor bobiné. Il comprend un rotor 4 et un stator 5. Le stator 5 est agencé autour du rotor 4. Un entrefer e radial est défini entre le rotor 4 et le stator 5. En référence à la FIG. 2 , le rotor 4 comprend une pluralité de pôles 6. Chaque pôle 6 comprend une bobine 7 formée par l’enroulement d'un fil électrique, par exemple en cuivre. La circulation d'un courant électrique dans le fil électrique induit un champ magnétique. Chaque pôle 6 peut ainsi être dénommé pôle magnétique. Le sens de circulation du courant électrique peut être défini de sorte à ce que le sens du champ magnétique soit inversé entre chaque pôle adjacent. Le rotor 4 peut ainsi comprendre une alternance de pôles Nord et de pôles Sud. Selon le mode de réalisation présenté, le rotor 4 comprend huit pôles. En variante, le nombre de pôles pourrait être égal à tout autre nombre. Le rotor 4 comprend également un arbre central 8 destiné à être couplé à un système de transmission pour entraîner les roues motrices 3. A cet effet, l'arbre central 8 est pourvu de cannelures 9. L'arbre central 8 est aussi équipé de deux bagues 10A, 10B conductrices. Les deux bagues 10A, 10B sont de préférence en cuivre. Les deux bagues 10A, 10B sont destinées à entrer en contact avec des balais 11A, 11B pour alimenter les bobines 7 en énergie électrique. Les deux bagues 10A, 10B sont ainsi reliées électriquement une source d'énergie électrique 12 du véhicule tel qu’une batterie, par l’intermédiaire des balais 11A, 11B. Les deux bagues 10A comprennent chacune une forme tubulaire centrée sur un axe de rotation X du rotor. Les deux bagues 10A et 10B sont donc coaxiales. Les deux bagues peuvent présenter le même diamètre extérieur. Par ailleurs les deux bagues 10A, 10B sont assemblées côte-à-côte sur l’axe central 8. Selon une variante de réalisation de l’invention, l’arbre central 8 pourrait être équipé d’un nombre différent de bagues conductrices. Les bobines 7 sont fixées mécaniquement à l’arbre central 8, notamment par l’intermédiaire d’un noyau. Le noyau peut comprendre un ensemble de protubérances radiales. Chaque bobine comprend alors un enroulement d’un fil électrique autour d‘une protubérance radiale. Le rotor 4 est destiné à tourner sur lui-même autour de l’axe de rotation X. L'arbre central 12 s'étend parallèlement à l'axe de rotation X du rotor 4 et est centré sur l'axe de rotation X. Lorsque le véhicule 1 fonctionne, la vitesse de rotation du rotor peut atteindre par exemple 15000 tours par minute. le rotor 4 comprend également une résine isolante électriquement et comblant des espaces vides autour des bobines 7. La résine peut notamment être une résine polymère thermodurcissable. Comme nous le verrons plus en détail par la suite, la résine peut être appliquée en immergeant le rotor 4 dans un bain de résine liquide et en faisant tourner le rotor autour de son axe de rotation. La résine peut ainsi pénétrer dans tous les espaces vides du rotor 4 jusqu'à la hauteur d'immersion du rotor. Ensuite, la résine est durcie en exposant le rotor à une source de chaleur. En référence au synoptique de la FIG. 3 , on décrit à présent un procédé de fabrication du moteur électrique 2 selon un mode de réalisation de l’invention. Dans une première étape E1, on fabrique un sous-ensemble comprenant notamment l’arbre central 8 pourvu des bagues 10A, 10B et les bobines 7 fixées à l’arbre central 8. On peut par exemple former chaque bobine 7 autour d’une protubérance radiale d’un noyau du rotor 4, puis insérer l’arbre central 8 dans une ouverture centrale du noyau lui-même équipé des bobines. Ensuite on peut assembler les bagues 10A, 10B à l’arbre central 8. Les bagues 10A, 10B peuvent par exemple être emmanchées en force sur une portion de l’arbre central 8 prévue à cet effet. Alternativement, les bagues 10A, 10B pourraient être assemblée à l’arbre central 8 avant même que ce dernier soit assemblé au noyau du rotor. Les bagues 10A, 10B peuvent ensuite être reliées électriquement aux bobines 7. Dans une deuxième étape E2, illustrée schématiquement sur la FIG. 4 , on imprègne les bobines 7 avec la résine. A cet effet, le sous-ensemble fabriqué lors de la première étape E1 est partiellement immergé dans un bain 13 comprenant de la résine 14 à l'état liquide. Le rotor 4 est alors mis en rotation autour de son axe de rotation X, de manière à immerger progressivement tout le pourtour extérieur du rotor 4. Ensuite, dans une troisième étape E3, également illustrée sur la FIG. 4 , on expose le rotor 4 à une source de chaleur 15 pour faire durcir ladite résine. La source de chaleur 15 peut être par exemple une résistance chauffante, éventuellement intégrée à un four dans lequel est positionné le rotor 4. La troisième étape E3 peut éventuellement être réalisée en parallèle de la deuxième étape E2, ou tout au moins être démarrée après la fin de la deuxième étape E2. En exposant, ledit sous-ensemble à une source de chaleur, il se produit un phénomène d’oxydation de la surface extérieure des bagues 10A, 10B. Les bagues 10A, 10B comprennent alors une couche d’oxyde 16 irrégulière sur leur surface extérieure. La FIG. 5 montre une vue au microscope de la couche d’oxyde 16 formée sur une bague 10A, 10B à l’issue de la troisième étape E3. Les bagues 10A, 10B présentent ainsi un état de surface dégradé, ce qui pourrait entraîner un contact électrique imparfait entre les balais 11A, 11B et les bagues 10A, 10B, et par conséquent des frottements lors de la rotation du rotor 4, et une usure prématurée des balais. Ensuite, le procédé de fabrication comprend avantageusement une étape E4 de décapage laser des bagues 10A, 10B. Ce procédé est exécuté avec les bagues 10A, 10B déjà assemblées à l’arbre central 8 du rotor 4. Comme illustré sur la FIG. 6 , cette étape est réalisée au moyen d’un dispositif de décapage 17 équipé d’un moyen de génération d’un faisceau laser 18. Le moyen de génération d’un faisceau laser 18 est relié à une source d’énergie électrique 19 et à un moyen de contrôle 20 adapté pour contrôler l’état d’activation du moyen de génération d’un faisceau laser 18. Le moyen de contrôle 20 peut notamment être configuré pour contrôler la fréquence d’un faisceau laser, et/ou la durée d’impulsion du faisceau laser, et/ou la distribution énergétique du faisceau laser, et/ou le vitesse de balayage du faisceau laser. En outre le dispositif de décapage 17 comprend aussi un moyen d’aspiration 21 des débris issus du procédé de décapage. Le décapage laser présente de nombreux avantages comparativement à d’autres procédés de décapage connus de l’état de la technique. En particulier, ce procédé retire peu de manière de la bague traitée. Par conséquent, il n’est pas utile de prévoir une surépaisseur importante pour chaque bague, et la quantité de débris à évacuer est modérée. Le décapage laser ne requiert aucun contact mécanique direct avec la bague puisque celle-ci est supportée par l’arbre central 8. On évite ainsi toute manipulation superflue de chaque bague et on évite de les endommager ou de les salir. De plus, le procédé de décapage est rapide. En particulier, le procédé de décapage requiert tout au plus une vingtaine de secondes par bague traitée. Le procédé de décapage ne nécessite pas de maintenance importante du moyen de génération d’un faisceau laser 18. Le procédé de décapage est donc facile à mettre en œuvre et possède une très bonne répétabilité dans le temps. L’étape de décapage peut être réalisée successivement pour chaque bague 10A, 10B en utilisant un même dispositif de décapage 17. Alternativement, l’étape de décapage peut être réalisée en parallèle pour chaque bague 10A, 10B en utilisant un dispositif de décapage 17 distinct pour chaque bague. En remarque, sur les figures 6 et 7, on a représenté l’étape de décapage de la bague 10A, le décapage de la bague 10B étant réalisé de la même manière. Le moyen de génération d’un faisceau laser 18 peut être positionné à une distance D1 de la bague traitée comprise entre 20 cm et 80 cm inclus, par exemple environ 40cm. Le dispositif de décapage 17 occupe ainsi un volume relativement faible. Un tel dispositif s’intègre donc assez facilement dans un atelier de fabrication d’un rotor. Le moyen de génération d’un faisceau laser 18 est avantageusement configuré pour émettre un laser dit « vert », c’est-à-dire un laser dont la longueur d’onde est d’environ 532 nm. Il a été observé qu’une telle longueur d’onde permet d’obtenir un faisceau laser qui est moins réfléchi par la bague 10A, 10B traitée. Cela permet de mieux gérer l'absorption du faisceau laser par les couches d'oxyde. Alternativement, un laser dont la longueur d'onde est de 1064nm pourrait aussi être envisagé. La FIG. 7 illustre en vue de côté la bague 10A au cours du procédé de décapage. Le moyen de génération d’un faisceau laser 18 est adapté pour générer un faisceau laser FL incident sur toute la hauteur de la bague suivant l’axe de rotation X. Autrement dit le spot laser obtenu s’étend sur tout la hauteur de la bague 10A suivant l’axe de rotation X. Ainsi, la surface extérieure de la bague 10A est complètement traitée en effectuant un tour complet de la bague autour de l’axe de rotation X. La bague traitée peut éventuellement faire plusieurs tours autours de l’axe de rotation X, de manière à parfaire le décapage. Un avantage de faire tourner la bague 10A lors de son décapage laser est que le moyen de génération d’un faisceau laser 18 peut rester immobile. Sur la FIG. 7 , les zones Z1 correspondent aux zones de la bague 10A non décapées, et donc recouverte de la couche d’oxyde 16. La zone Z2 correspond à une zone de la bague décapée. La zone Z2 est dépourvue de couche d’oxyde et comprend un excellent état de surface, minimisant ainsi les frottements du balai 11A avec la bague 10A Avantageusement, l’étape de décapage laser comprend une première sous-étape E41 d’évaluation d’un état d’oxydation de la bague 10A. La sous-étape E41 d’évaluation est réalisée juste après la troisième étape E3. Cette sous-étape E41 peut comprendre une sous-étape E411 d’acquisition d’au moins une image de la bague 10A au moyen d’un capteur optique 22, puis une sous-étape E412 d’analyse d’une couleur de la bague 10A. La sous-étape E41 peut avantageusement être exécutée automatiquement par le moyen de contrôle 20 relié au capteur optique 22. Ensuite, l’étape de décapage laser comprend une sous-étape E42 de paramétrage de l’étape de décapage laser en fonction de l’état d’oxydation de la bague obtenue à l’issue de la sous-étape E41. Cette étape de paramétrage consiste notamment à adapter les paramètres opérationnels de fonctionnement du moyen de génération d’un faisceau laser 18 (fréquence du faisceau laser, durée d’impulsion, distribution énergétique, etc …). Le faisceau laser est ensuite collimaté sur la couche d’oxyde 16 qui se détache de la bague 10A. Avantageusement, le procédé de fabrication comprend en outre une étape E5 d’aspiration des débris issus de la couche d’oxyde 16. L’étape E5 est exécutée en parallèle de l’étape E4 de décapage laser. Le peu de débris généré par le décapage laser est ainsi aspiré et évacué. On évite ainsi que ces débris polluent le rotor 4. A l’issue des étapes E4 et E5, on dispose d’un rotor 4 prêt à être assemblé aux autres composants du moteur électrique 2. Pour poursuivre la fabrication du moteur électrique 2, on assemble le stator 5 autour du rotor 4 lors d’une sixième étape E6, et on assemble les balais 11A, 11B de manière à ce qu’ils établissent un contact électrique avec les bagues 10A, 10B, pour transmettre un courant électrique délivré par 12 aux bobines 7 du rotor. Les étapes E6 et E7 peuvent être interverties. Finalement, on obtient un moteur électrique 2 dont le rotor 4 est imprégné de résine durcie. Les bobines 7 du rotor 4 sont ainsi bien maintenues et bien isolées électriquement. De plus, les bagues 10A et 10B présentent un excellent état de surface obtenu grâce à l’étape E4 de décapage laser. Les balais 11A, 11B peuvent glisser au contact des bagues 10A, 10B sans générer de frottement important. Le rendement du moteur électrique 2 est ainsi optimal. Procédé de fabrication d’un rotor (4) pour un moteur électrique (2), comprenant : - une étape (E1) de fabrication d’un sous-ensemble comprenant un arbre central (8) pourvu d’au moins une bague (10A, 10B), notamment en cuivre, et un ensemble de bobines (7), chaque bobine comprenant un enroulement d’un fil électrique, chaque bobine étant destinée à être parcourue par un courant électrique pour former un pôle magnétique du rotor, l’au moins une bague (10A,10B) étant destinée à coopérer avec au moins un balai (11A, 11B) pour alimenter lesdites bobines en énergie électrique, puis - une étape (E2) d’imprégnation desdites bobines avec une résine, notamment une résine polymère thermodurcissable, puis - une étape (E3) d’exposition dudit sous-ensemble à une source de chaleur (15) pour faire durcir ladite résine, puis - une étape (E4) de décapage laser de l’au moins une bague. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’ étape (E4) de décapage laser est réalisée avec un moyen de génération d’un faisceau laser (18) générant un faisceau laser (FL) dont la longueur d’onde est d’environ 532 nm. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins une bague (10A, 10B) comprend une forme tubulaire centrée sur un axe de rotation (X) du rotor (4), et en ce que l’étape (E4) de décapage laser est réalisée en faisant tourner l’au moins une bague autour dudit axe de rotation. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins une bague (10A, 10B) comprend une forme tubulaire centrée sur un axe de rotation (X) du rotor (4), et en ce que l’étape (E4) de décapage laser est réalisée avec un moyen de génération d’un faisceau laser (18) générant un faisceau laser (FL) s’étendant sur toute la hauteur de la bague suivant ledit axe de rotation. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape (E4) de décapage laser comprend une étape (E41) d’évaluation d’un état d’oxydation de l’au moins une bague, l’étape d’évaluation étant réalisée après l’étape (E3) d’exposition du rotor à une source de chaleur, et en ce qu’il comprend une étape (E42) de paramétrage de l’étape de décapage laser en fonction de l’état d’oxydation de l’au moins une bague. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite étape (E41) d’évaluation d’un état d’oxydation comprend une étape (E411) d’acquisition d’au moins une image de l’au moins une bague au moyen d’un capteur optique (22), puis une étape (E412) d’analyse d’une couleur de l’au moins une bague (10A, 10B). Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’aspiration (E5) de débris en parallèle de l’étape (E4) de décapage laser. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape (E4) de décapage est réalisée avec un moyen de génération d’un faisceau laser (18) positionné à une distance de l’au moins une bague comprise entre 20 cm et 80 cm inclus. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins une bague (10A, 10B) comprend au moins deux bagues coaxiales et assemblées côte-à-côte sur un même arbre central (8) du rotor (4). Procédé de fabrication d’un moteur électrique (2) pour un véhicule (1) automobile, caractérisé en ce qu’il comprend : - la mise en œuvre du procédé de fabrication d’un rotor (4) selon l’une des revendications précédentes, puis - l’assemblage d’un stator (5) autour du rotor (4), et - l’assemblage d’au moins un balai (11A, 11B) coopérant avec l’au moins une bague (10A, 10B) du rotor.