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WO2009068814A1 - Machine electrique tournante pour vehicule automobile - Google Patents

Machine electrique tournante pour vehicule automobile Download PDF

Info

Publication number
WO2009068814A1
WO2009068814A1 PCT/FR2008/052036 FR2008052036W WO2009068814A1 WO 2009068814 A1 WO2009068814 A1 WO 2009068814A1 FR 2008052036 W FR2008052036 W FR 2008052036W WO 2009068814 A1 WO2009068814 A1 WO 2009068814A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
notches
machine
rotor
notch
conductive
Prior art date
Application number
PCT/FR2008/052036
Other languages
English (en)
Inventor
Eric Tora
Jacques Verot
Eric Vernay
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority to BRPI0818263A priority Critical patent/BRPI0818263A8/pt
Priority to CN200880115703A priority patent/CN101855810A/zh
Publication of WO2009068814A1 publication Critical patent/WO2009068814A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/20—Shaping or compacting conductors or winding heads after the installation of the winding in the cores or machines; Applying fastening means on winding heads
    • H02K15/22—Shaping or compacting conductors in slots or around salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/108—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction clutches

Definitions

  • the invention relates to a rotating electrical machine, for example a starter for a motor vehicle, and a method of manufacturing such a machine.
  • Patent applications FR 2 708 398, FR 2 721 769 and FR 2 875 068 describe various processes for manufacturing starter rotor for a motor vehicle. These known methods include a step of crushing the son in notches of the rotor and / or a step of crimping the rotor to form teeth.
  • All these methods further include a step of impregnating the conductive son with a varnish to ensure the immobilization son in the notches by creating a bond between these son.
  • Impregnation of the rotor with a varnish can be problematic, especially because of the industrial facilities required, and the relatively long time of the operation.
  • the varnish may have the disadvantage of reducing the thermal exchange capacity of the rotor.
  • the present invention thus relates to a rotating electrical machine, in particular a starter for a motor vehicle, comprising:
  • a rotor rotatably arranged in the stator about a longitudinal axis
  • At least one winding comprising conductive segments
  • a plurality of notches formed on one of the stator and the rotor extending substantially along the longitudinal axis, each having a bottom, at least one of the notches receiving at least one conductive segment of the winding, characterized in that said at least one conductive segment bears against the bottom of the notch and has a crush deformation which is sufficient to ensure its retention in the notch during normal operation of the rotating electrical machine.
  • the conductive segments can be held in the corresponding notches without additional means other than their crushing.
  • the electrical machine may advantageously be devoid of varnish deposited in contact with the conductive segments in the notches, after mounting the rotor in the stator.
  • the invention thus makes it possible to avoid impregnation operations of the rotor with a varnish, which simplifies the manufacture of the rotor, without altering the heat exchange capacities thereof.
  • the useful energy for the manufacture of the rotor can be reduced, which reduces the CO 2 footprint of the rotor in accordance with a concern for the environment.
  • At least one of the notches receives at least two conductive segments, in particular aligned substantially along a radius of the rotor.
  • each notch may receive four conductive segments aligned along a radius of the rotor.
  • At least two conductive segments in the same notch may be substantially aligned along a circumference of the rotor.
  • each conductive segment has an elongated cross section along a circumference of the rotor, this shape being conferred during the crushing of the conductive segment.
  • each conductive segment may have, before crush deformation, a circular cross section, or oval. This circular cross section is found on winding buns.
  • the winding is for example formed by one or more son.
  • each conductive segment may have, before crushing, a polygonal cross section, including rectangular or square.
  • the ratio between the thickness of this segment after crushing and the thickness before crushing is called the "crush rate" of a conductive segment.
  • the ratio of the thickness of this conductive segment to its width is called the "aspect ratio" of a conductive segment.
  • At least one of the conducting segments in particular all the conductive segments in the notches, advantageously has a crushing ratio in the range [0.6; 1, especially in the range [0.7; 0.9], especially in the range [0.75; 0.85].
  • At least one of the conductive segments, especially all conductive segments in the notches, has a form ratio in the range [0.66; 1, especially in the range [0.68; 0.84], especially in the range [0.7; 0.75].
  • the aspect ratio may be substantially equal to 0.71.
  • the slots may each comprise a longitudinal opening opposite the bottom, and at least one of the notches may comprise a free space extending between the conductive segment closest to the opening of the notch and the opening itself, this free space being provided during the crushing of the segment (s) conductor (s) in the notch.
  • the depth of the free space is in the range [0.1 mm; 2mm].
  • the depth of the free space of the notch is substantially zero.
  • At least one of the notches in particular all the notches, has a filling ratio, defined as the ratio between the section occupied by the conductive segments in a notch and the section of the empty notch, in the range [60%; 98%], especially in the interval [70%; 95%], especially in the meantime [75%; 92%].
  • the notches may be formed on a body, in particular a rotor body, and the body may comprise at least one tooth projecting from one of the notches, this tooth making it possible to maintain the conductive segments in place in the notch.
  • the tooth may extend at least partially in the free space of the notch.
  • the rotor body may have a longitudinal groove extending above the tooth, this groove being initially provided to facilitate the deformation of the rotor body to form this tooth.
  • each notch may have in cross section a concave concave shape directed towards the inside of the notch, this shape being substantially complementary to that of the conductive segments.
  • At least one of the notches may comprise two substantially plane longitudinal walls facing each other.
  • At least one of the notches may have two longitudinal walls facing each other, these walls having recessed and raised shapes, in particular making it possible to improve the retention of the conductive segments in the notch.
  • the electrical machine may comprise at least one insulating sheet interposed between at least one conductive segment and a wall of the notch.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a rotary electrical machine as defined above, the method comprising the following steps: a / insert at least one conductive segment in each notch, and b / apply a force of sufficient crushing on this conductive segment to give it a deformation allowing it to remain in the notch during normal operation of the rotating electrical machine.
  • the method may further comprise the following step: c / crimping the rotor body locally to form on this body one or more teeth projecting into the notch.
  • steps b / and c / may be concurrent.
  • the crushing force may be variable over a length of at least one of the conductive segments.
  • the crushing force is greater on a central zone of the conductive segment than on peripheral zones of the conductive segment.
  • the central zone of the conductive segment in the notch may present a greater deformation than that of the peripheral zones of the conductive segment.
  • FIG. 1 represents, schematically and partially, a rotating electrical machine according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents, schematically and partially, in an isolated manner, the rotor of the machine of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagrammatic and partially cross-sectional view along III - III of the rotor of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a diagrammatic and partial cross-section of a conductive segment of the machine of FIG. 1, before crushing,
  • FIG. 5 represents, schematically and partially, in cross-section along the V-V rotor of FIG. 2
  • FIG. 6 is a diagrammatic and partial cross-sectional view of a rotor of an electric machine according to another embodiment of the invention
  • FIG. 7 is a diagrammatic and partial cross-sectional representation of a rotor of an electric machine according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 8 and 9 show, schematically and partially, crash punches according to two examples of implementation of the invention.
  • FIG. 1 a rotating electric machine forming a starter 1 of a motor vehicle.
  • This starter 1 comprises, firstly, a rotor 2, also called armature, rotatable about a longitudinal axis X, and secondly, a stator 3, also called inductor, around the rotor 2.
  • the starter 1 has an electric power of 1 kW.
  • the stator 3 comprises a yoke 4 carrying a plurality of permanent magnets 5.
  • the rotor 2 comprises a rotor body 7 arranged in line with the magnets 5 of the stator 3, and a winding 8 wound in notches of the rotor body 7.
  • the starter 1 may be of the type six magnet poles for example.
  • stator may comprise a winding instead of the magnets.
  • the winding 8 comprises a plurality of conductive wires forming, on either side of the rotor body 7, a front bun 9 and a rear bun 10.
  • the rotor 2 is provided at the rear with a collector 12 comprising a plurality of contact pieces electrically connected to the winding 8.
  • a group of brushes 13 and 14 is provided for the electrical supply of the winding 8, one of the brushes 13 being connected to the ground of the device 1 and another of the brushes 14 being connected to an electrical terminal 15 of a switch 17 via a wire 16.
  • the brushes are for example four in number.
  • the brushes 13 and 14 rub on the collector 12 when the rotor 2 is rotating.
  • the starter 1 further comprises a launcher assembly 19 slidably mounted on a drive shaft 18 and drivable in rotation about the X axis by the rotor 2.
  • a gear reduction unit 20 is interposed between the rotor 2 and the drive shaft 18, in a manner known per se.
  • the launcher assembly 19 comprises a drive element formed by a pulley 21 and intended to engage on a drive member of the combustion engine, not shown.
  • This drive member is for example a belt.
  • the pulley 21 may be replaced by a gear element, in particular a gear wheel, for driving the combustion engine.
  • the launcher assembly 19 further comprises a freewheel 22 and a pulley washer 23 defining between them a groove 24 for receiving the end 25 of a fork 27.
  • This fork 27 is actuated by the switch 17 to move the launcher assembly 19 relative to the drive shaft 18, along the axis X, in a manner known per se.
  • the switch 17 comprises, in addition to the terminal 15 connected to the brush 14, a terminal 29 connected via an electrical connection element, in particular a wire 30, to a power supply of the vehicle, in particular a battery, not shown.
  • the body of the rotor 7 comprises a plurality of notches 40 extending along the X axis, each notch 40 having a bottom 41, two longitudinal walls 42 and 43 that are substantially planar facing one another and a longitudinal opening. 44 opposite to the merits 41.
  • each notch 40 has in cross section a concave concave shape directed towards the inside of the notch 40.
  • Each notch 40 further comprises at least one insulating sheet 34 interposed between the conductive segments 1 1 inserted in the notch 40 and the walls 42 and 43.
  • This insulating sheet 34 extends, on the one hand, along the walls 42 and 43 and on the bottom 41, and, on the other hand, on an outer periphery 28 of the rotor body 7.
  • each notch 40 receives four conductive segments 1 1 of the coil 8 aligned substantially along a radius of the rotor 2.
  • the conductive segments 1 1 are formed by wire portions of the winding 8, which son include a conductive core 31 and an insulating sheath 32, for example enamel.
  • the conductive segments 1 1 are put in place in the corresponding slots 40 in the following manner.
  • the central punch 51 is arranged to occupy the entire length of the notch 40 when introduced into it.
  • the crushing force is chosen so that the deformation undergone by the conducting segments 1 1 in the corresponding notch 40 is sufficient to keep them in place during normal operation of the electric machine.
  • the tool 50 further comprises lateral punches 52 to generate, during the crushing of the conductive segments 1 1, a deformation of the rotor body 7 to locally create teeth 46, in each notch 40, which come into bearing on the most radially outer conductor segment 1 1.
  • the lateral punches 52 are connected to the central punch 51.
  • the lateral punches 52 can be arranged to slide relative to the central punch 51. These teeth 46 ensure a reinforced holding of the conducting segments 1 1 in the corresponding notch 40.
  • the rotor body 7 is initially provided with longitudinal grooves 47 creating zones of preferential deformation.
  • grooves 47 are present after crimping and located immediately above the teeth 47.
  • the rotor 2 is devoid of varnish deposited in contact with the conductive segments 1 1 in the notches 40, after assembly of the rotor 2 in the stator 3.
  • the process does not require the impregnation of the conductive segments with a varnish.
  • each conducting segment 1 1 has, after crushing, an elongated cross-section along a circumference of the rotor 2.
  • the aspect ratio (e / 1) is defined as the ratio between the thickness e and the width I of a conductive segment 1 1.
  • the conductive segments 1 1 inserted in the notches 40 have a shape ratio substantially equal to 0.7.
  • each conductive segment 1 1 has, before crushing, a circular section defining an initial thickness which is noted “e 0 ".
  • the conducting segments 1 1 inserted in the notches 40 have a crush rate in a range [0.75; 0.9].
  • Each notch 40 has a free space 45 extending between the conductive segment 1 1 closest to the opening of the notch 44 and the opening 44 itself, the free space 45 having a depth p measured according to the Y axis.
  • the depth p is chosen substantially equal to 1, 6mm.
  • Each notch 40 has a fill ratio, defined as the ratio between the section occupied by the conductive segments 11 in a notch 40 and the section of the notch 40 empty, in a range [65%, 80%].
  • the rotor of the electric machine has the following characteristics:
  • each free space 45a of the rotor 2a has a very small depth, substantially equal to 0.4 mm, and the filling ratio is in a range [80%; 98%].
  • FIG. 7 illustrates an embodiment variant of the rotor according to the invention, in which this rotor 2b comprises notches 40b comprising two longitudinal walls 42b and 43b facing each other, these walls 42b and 43b having recessed shapes 48b and in reliefs 49b.
  • the punch 51 for crushing the conductive segments 11 may have a straight leading edge at least along the entire length of the notch 40.
  • the punch 51 may include a straight edge 51 1 extended on either side by withdrawals 512.
  • withdrawals 512 have a curved concavity shape directed towards the conductive segment 11.
  • the withdrawals 512 gradually apply to the peripheral zones of the driver segment 1 1 and crush them with less effort.
  • a variable crushing force is thus applied by the punch 51.
  • the punch 51 comprises a central punching element 513 and, on either side thereof, two peripheral punching elements 514.
  • punch elements 513 and 514 each have a straight edge and are independent of each other.
  • peripheral punch elements 514 are moved over a stroke C 3 smaller than the stroke C 2 of the central punch element 513 so that the conductive segment 1 1 is more crushed in a central zone than in axially peripheral zones.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante, notamment un démarreur pour véhicule automobile, comportant un stator, un rotor (2) agencé de manière à pouvoir tourner dans le stator autour d'un axe longitudinal, au moins un bobinage (8) comprenant des segments conducteurs (11), et une pluralité d'encoches (40) formées sur l'un du stator et du rotor (2) s'étendant sensiblement suivant l'axe longitudinal, présentant chacune un fond (41), l'une au moins des encoches (40) recevant au moins un segment conducteur du bobinage (8). Ledit au moins un segment conducteur (11) est en appui contre le fond de l'encoche (41) et présente une déformation par écrasement qui est suffisante pour assurer son maintien dans l'encoche (40) lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante.

Description

Machine électrique tournante pour véhicule automobile
L'invention concerne une machine électrique tournante, par exemple un démarreur pour véhicule automobile, et un procédé de fabrication d'une telle machine.
Les demandes de brevet FR 2 708 398, FR 2 721 769 et FR 2 875 068 décrivent différents procédés de fabrication de rotor de démarreur pour véhicule automobile. Ces procédés connus comportent une étape d'écrasement des fils dans des encoches du rotor et/ou une étape de sertissage du rotor pour former des dents.
Tous ces procédés comportent en outre une étape d'imprégnation des fils conducteurs avec un vernis pour assurer l'immobilisation des fils dans les encoches en créant une adhérence entre ces fils.
L'imprégnation du rotor avec un vernis peut s'avérer problématique, notamment du fait des installations industrielles nécessaires, et du temps relativement long de l'opération.
De plus, le vernis peut présenter l'inconvénient de réduire les capacités d'échange thermique du rotor.
Il existe un besoin pour remédier aux inconvénients précités.
La présente invention a ainsi pour objet une machine électrique tournante, notamment un démarreur pour véhicule automobile, comportant:
- un stator,
- un rotor agencé de manière à pouvoir tourner dans le stator autour d'un axe longitudinal,
- au moins un bobinage comprenant des segments conducteurs,
- une pluralité d'encoches formées sur l'un du stator et du rotor s'étendant sensiblement suivant l'axe longitudinal, présentant chacune un fond, l'une au moins des encoches recevant au moins un segment conducteur du bobinage, caractérisée par le fait que ledit au moins un segment conducteur est en appui contre le fond de l'encoche et présente une déformation par écrasement qui est suffisante pour assurer son maintien dans l'encoche lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante.
Grâce à l'invention, durant la vie de la machine électrique, les segments conducteurs peuvent être maintenus dans les encoches correspondantes sans moyen supplémentaire autre que leur écrasement.
En particulier, la machine électrique peut avantageusement être dépourvue de vernis déposé au contact des segments conducteurs dans les encoches, après montage du rotor dans le stator.
L'invention permet ainsi d'éviter des opérations d'imprégnation du rotor avec un vernis, ce qui simplifie la fabrication du rotor, sans altérer les capacités d'échange thermique de celui-ci.
En particulier, l'énergie utile pour la fabrication du rotor peut être réduite, ce qui permet de diminuer l'empreinte CO2 du rotor conformément à un souci de respect de l'environnement.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, l'une au moins des encoches reçoit au moins deux segments conducteurs, notamment alignés sensiblement suivant un rayon du rotor.
Par exemple, chaque encoche peut recevoir quatre segments conducteurs alignés suivant un rayon du rotor.
En variante, au moins deux segments conducteurs dans une même encoche peuvent être alignés sensiblement suivant une circonférence du rotor.
De préférence, chaque segment conducteur présente une section transversale allongée suivant une circonférence du rotor, cette forme étant conférée lors de l'écrasement du segment conducteur.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, chaque segment conducteur peut présenter, avant déformation par écrasement, une section transversale circulaire, voire ovale. Cette section transversale circulaire se retrouve sur les chignons du bobinage. Le bobinage est par exemple formé par un ou plusieurs fils.
En variante, chaque segment conducteur peut présenter, avant écrasement, une section transversale polygonale, notamment rectangulaire ou carrée.
On appelle "taux d'écrasement" d'un segment conducteur le rapport entre l'épaisseur de ce segment après écrasement et celle avant écrasement.
On appelle "rapport de forme" d'un segment conducteur le rapport entre l'épaisseur de ce segment conducteur et sa largeur.
L'un au moins des segments conducteurs, notamment tous les segments conducteurs dans les encoches, présente(nt) avantageusement un taux d'écrasement compris dans l'intervalle [0,6 ; 1 [, notamment dans l'intervalle [0,7 ; 0,9], notamment encore dans l'intervalle [0,75 ; 0,85].
De préférence, l'un au moins des segments conducteurs, notamment tous les segments conducteurs dans les encoches, présente(nt) un rapport de forme compris dans l'intervalle [0,66 ; 1 [, notamment dans l'intervalle [0,68 ; 0,84], notamment encore dans l'intervalle [0,7 ; 0,75].
En particulier, le rapport de forme peut être sensiblement égal à 0,71.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, les encoches peuvent comporter chacune une ouverture longitudinale opposée au fond, et l'une au moins des encoches peut comporter un espace libre s'étendant entre le segment conducteur le plus proche de l'ouverture de l'encoche et l'ouverture elle-même, cet espace libre étant ménagé lors de l'écrasement du ou des segment(s) conducteur(s) dans l'encoche.
De préférence, la profondeur de l'espace libre est comprise dans l'intervalle [0,1 mm ; 2mm].
Si on le souhaite, la profondeur de l'espace libre de l'encoche est sensiblement nulle.
Avantageusement, l'une au moins des encoches, notamment toutes les encoches, présente(nt) un taux de remplissage, défini comme le rapport entre la section occupée par les segments conducteurs dans une encoche et la section de l'encoche à vide, compris dans l'intervalle [60% ; 98%], notamment dans l'intervalle [70% ; 95%], notamment encore dans l'intervalle [75% ; 92%].
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, les encoches peuvent être formées sur un corps, notamment un corps de rotor, et le corps peut comporter au moins une dent faisant saillie dans l'une des encoches, cette dent permettant de maintenir les segments conducteurs en place dans l'encoche.
En particulier, la dent peut s'étendre au moins partiellement dans l'espace libre de l'encoche.
Le corps du rotor peut comporter une rainure longitudinale s'étendant au dessus de la dent, cette rainure étant prévue initialement pour faciliter la déformation du corps de rotor en vue de former cette dent.
Le fond de chaque encoche peut présenter en section transversale une forme concave de concavité dirigée vers l'intérieur de l'encoche, cette forme étant sensiblement complémentaire de celle des segments conducteurs.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, l'une au moins des encoches peut comporter deux parois longitudinales sensiblement planes en regard.
En variante, l'une au moins des encoches peut comporter deux parois longitudinales en regard, ces parois présentant des formes en creux et en relief permettant notamment d'améliorer le maintien des segments conducteurs dans l'encoche.
La machine électrique peut comporter au moins une feuille isolante intercalée entre au moins un segment conducteur et une paroi de l'encoche.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une machine électrique tournante telle que définie ci-dessus, le procédé comportant les étapes suivantes: a/ insérer au moins un segment conducteur dans chaque encoche, et b/ appliquer un effort d'écrasement suffisant sur ce segment conducteur pour lui conférer une déformation permettant son maintien dans l'encoche lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante. Le procédé peut comporter en outre l'étape suivante: c/ sertir localement le corps du rotor afin de former sur ce corps une ou plusieurs dents faisant saillie dans l'encoche. Le cas échéant, les étapes b/ et c/ peuvent être concomitantes. En variante, l'étape b/ précède l'étape c/.
L'effort d'écrasement peut être variable sur une longueur de l'un au moins des segments conducteurs.
De préférence, l'effort d'écrasement est plus important sur une zone centrale du segment conducteur que sur des zones périphériques du segment conducteur.
Ainsi, la zone centrale du segment conducteur dans l'encoche peut présenter une déformation plus importante que celle des zones périphériques du segment conducteur.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel:
- la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une machine électrique tournante conforme à un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, de manière isolée, le rotor de la machine de la figure 1 ,
- la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale suivant III - III, le rotor de la figure 2,
- la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale, un segment conducteur de la machine de la figure 1 , avant écrasement,
- la figure 5 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale suivant V - VJe rotor de la figure 2, - la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale, un rotor d'une machine électrique selon un autre exemple de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 7 représente, schématiquement et partiellement, en coupe transversale, un rotor d'une machine électrique selon encore un autre exemple de mise en œuvre de l'invention, et
- les figures 8 et 9 représentent, schématiquement et partiellement, des poinçons d'écrasement selon deux exemples de mise en œuvre de l'invention.
On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante formant un démarreur 1 de véhicule automobile.
Ce démarreur 1 comprend, d'une part, un rotor 2, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe longitudinal X, et d'autre part, un stator 3, encore appelé inducteur, autour du rotor 2.
Le démarreur 1 présente une puissance électrique de 1 kW.
Le stator 3 comporte une culasse 4 portant une pluralité d'aimants permanents 5.
Le rotor 2 comporte un corps de rotor 7 disposé au droit des aimants 5 du stator 3, et un bobinage 8 enroulé dans des encoches du corps de rotor 7.
Le démarreur 1 peut être du type six pôles aimants par exemple.
En variante, le stator peut comporter un bobinage à la place des aimants.
Le bobinage 8 comporte une pluralité de fils conducteurs formant, de part et d'autre du corps de rotor 7, un chignon avant 9 et un chignon arrière 10.
Le rotor 2 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 12 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement au bobinage 8.
Un groupe de balais 13 et 14 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage 8, l'un des balais 13 étant relié à la masse du dispositif 1 et un autre des balais 14 étant relié à une borne électrique 15 d'un contacteur 17 via un fil 16. Les balais sont par exemple au nombre de quatre.
Les balais 13 et 14 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation. Le démarreur 1 comporte en outre un ensemble lanceur 19 monté de manière coulissante sur un arbre d'entraînement 18 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 2.
Un ensemble réducteur de vitesses 20 est interposé entre le rotor 2 et l'arbre d'entraînement 18, de manière connue en soi.
L'ensemble lanceur 19 comporte un élément d'entraînement formé par une poulie 21 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement du moteur à combustion, non représenté. Cet organe d'entraînement est par exemple une courroie.
La poulie 21 peut être remplacée par un élément d'engrenage, notamment une roue dentée, pour entraîner le moteur à combustion.
L'ensemble lanceur 19 comprend en outre une roue libre 22 et une rondelle poulie 23 définissant entre elles une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 d'une fourchette 27.
Cette fourchette 27 est actionnée par le contacteur 17 pour déplacer l'ensemble lanceur 19 par rapport à l'arbre d'entraînement 18, suivant l'axe X, de manière connue en soi.
Le contacteur 17 comprend, outre la borne 15 reliée au balai 14, une borne 29 reliée via un élément de liaison électrique, notamment un fil 30, à une alimentation électrique du véhicule, notamment une batterie, non représentée.
On va maintenant décrire en référence aux figures 2 à 5 le rotor 2 plus en détails.
Comme illustré sur la figure 3, le corps du rotor 7 comporte une pluralité d'encoches 40 s'étendant suivant l'axe X, chaque encoche 40 présentant un fond 41 , deux parois longitudinales 42 et 43 sensiblement planes en regard et une ouverture longitudinale 44 opposée au fond 41.
Le fond 41 de chaque encoche 40 présente en section transversale une forme concave de concavité dirigée vers l'intérieur de l'encoche 40. Chaque encoche 40 comporte en outre au moins une feuille isolante 34 intercalée entre les segments conducteurs 1 1 insérés dans l'encoche 40 et les parois 42 et 43.
Cette feuille isolante 34 s'étend, d'une part, le long des parois 42 et 43 et sur le fond 41 , et, d'autre part, sur une périphérie extérieure 28 du corps de rotor 7.
Dans l'exemple décrit, chaque encoche 40 reçoit quatre segments conducteurs 1 1 du bobinage 8 alignés sensiblement suivant un rayon du rotor 2.
Les segments conducteurs 1 1 sont formés par des portions de fils du bobinage 8, lesquels fils comportent une âme conductrice 31 et une gaine isolante 32, par exemple en émail.
Les segments conducteurs 1 1 sont mis en place dans les encoches correspondantes 40 de la manière suivante.
Ces segments conducteurs 1 1 , initialement formés par des portions de fils de section transversale circulaire, comme illustré à la figure 4, sont placés dans les encoches correspondantes 40.
Puis à l'aide d'un outil 50 muni d'un poinçon central 51 , il est procédé à l'écrasement des segments conducteurs 1 1 dans chacune des encoches 40, comme on peut le voir sur la figure 5.
Le poinçon central 51 est agencé pour occuper toute la longueur de l'encoche 40 lorsqu'il est introduit dans celle-ci.
L'effort d'écrasement est choisi de manière à ce que la déformation subie par les segments conducteurs 1 1 dans l'encoche 40 correspondante suffise à les maintenir en place lors du fonctionnement normal de la machine électrique.
L'outil 50 comprend en outre des poinçons latéraux 52 afin de générer, lors de l'écrasement des segments conducteurs 1 1 , une déformation du corps de rotor 7 en vue de créer localement des dents 46, dans chaque encoche 40, qui viennent en appui sur le segment conducteur 1 1 le plus radialement extérieur.
Dans l'exemple décrit, les poinçons latéraux 52 sont liés au poinçon central 51.
En variante, les poinçons latéraux 52 peuvent être agencés pour pouvoir coulisser par rapport au poinçon central 51. Ces dents 46 assurent un maintien renforcé des segments conducteurs 1 1 dans l'encoche correspondante 40.
Afin de faciliter la formation des dents 46 lors du sertissage à l'aide des poinçons latéraux 52, le corps de rotor 7 est pourvu initialement de rainures longitudinales 47 créant des zones de déformation préférentielle.
Ces rainures 47 sont présentes après le sertissage et localisées immédiatement au dessus des dents 47.
Comme illustré aux figures 2 et 3, le rotor 2 est dépourvu de vernis déposé au contact des segments conducteurs 1 1 dans les encoches 40, après montage du rotor 2 dans le stator 3.
Le procédé ne nécessite pas l'imprégnation des segments conducteurs par un vernis.
Comme illustré sur les figures 3 et 5, chaque segment conducteur 1 1 présente, après écrasement, une section transversale allongée suivant une circonférence du rotor 2.
On note "e" l'épaisseur d'un segment conducteur 1 1 mesurée suivant un axe radial Y et "I" sa largeur mesurée suivant un axe Z perpendiculaire à l'axe Y, les axes Y et Z étant contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe X.
On définit le rapport de forme (e/l) comme le rapport entre l'épaisseur e et la largeur I d'un segment conducteur 1 1.
Dans l'exemple décrit, les segments conducteurs 1 1 insérés dans les encoches 40 présentent un rapport de forme sensiblement égal à 0,7.
Comme illustré sur la figure 4, chaque segment conducteur 1 1 présente, avant écrasement, une section circulaire définissant une épaisseur initiale que l'on note "e0".
Le rapport entre l'épaisseur e d'un segment conducteur 1 1 , après son écrasement, et son épaisseur initiale e0, définit un taux d'écrasement (e/e0) de ce segment conducteur 11.
Dans l'exemple décrit, les segments conducteurs 1 1 insérés dans les encoches 40 présentent un taux d'écrasement compris dans un intervalle [0,75 ; 0,9]. Chaque encoche 40 comporte un espace libre 45 s'étendant entre le segment conducteur 1 1 le plus proche de l'ouverture de l'encoche 44 et l'ouverture 44 elle- même, l'espace libre 45 présentant une profondeur p mesurée suivant l'axe Y.
La profondeur p est choisie sensiblement égale à 1 ,6mm.
Chaque encoche 40 présente un taux de remplissage, défini comme le rapport entre la section occupée par les segments conducteurs 1 1 dans une encoche 40 et la section de l'encoche 40 à vide, compris dans un intervalle [65%, 80%].
Dans l'exemple de mise en œuvre de l'invention, le rotor de la machine électrique présente les caractéristiques suivantes:
- épaisseur initiale d'un segment conducteur e0 = 2mm;
- épaisseur d'un segment conducteur après écrasement e = 1 ,57mm;
- largeur d'un segment conducteur après écrasement I = 2,26mm;
- rapport de forme = 0,69;
- taux d'écrasement = 0,78;
- profondeur de l'espace libre de l'encoche = 1 ,57mm;
- taux de remplissage = 76%.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de mise en œuvre qui vient d'être décrit.
Par exemple, dans une variante de réalisation du rotor selon l'invention illustrée à la figure 6, chaque espace libre 45a du rotor 2a présentent une profondeur très faible, sensiblement égale à 0,4mm, et le taux de remplissage est compris dans un intervalle [80% ; 98%].
Par exemple encore, la figure 7 illustre une variante de réalisation du rotor selon l'invention, dans laquelle ce rotor 2b comporte des encoches 40b comprenant deux parois longitudinales 42b et 43b en regard, ces parois 42b et 43b présentant des formes en creux 48b et en reliefs 49b.
Ces formes en creux 48b et en reliefs 49b permettent de recevoir les segments conducteurs 11 avec un maintien renforcé de ces segments conducteurs 11 dans les encoches 40b. Dans l'exemple décrit en référence à la figure 5, le poinçon 51 d'écrasement des segments conducteurs 1 1 peut présenter un bord d'attaque droit au moins sur toute la longueur de l'encoche 40.
En variante, comme on peut le voir à la figure 8, le poinçon 51 peut comporter un bord droit 51 1 prolongé de part et d'autre par des retraits 512.
Ces retraits 512 présentent une forme courbe de concavité dirigée vers le segment conducteur 11.
Lorsque le poinçon 51 écrase les segments conducteurs 1 1 , le bord droit 511 s'applique sur une zone centrale du segment conducteur 1 1 et provoque l'écrasement de cette zone centrale.
En même temps, les retraits 512 s'appliquent progressivement sur les zones périphériques du segment conducteur 1 1 et les écrasent avec un effort moindre.
Un effort d'écrasement variable est ainsi appliqué par le poinçon 51.
Dans l'exemple de mise en œuvre de l'invention illustré à la figure 9, le poinçon 51 comporte un élément de poinçon central 513 et, de part et d'autre de celui-ci, deux éléments de poinçon périphériques 514.
Ces éléments de poinçon 513 et 514 présentent chacun un bord droit et sont indépendants les uns des autres.
Lorsque le poinçon 51 écrase l'un des segments conducteurs 1 1 , le bord d'attaque de l'élément de poinçon central 513 s'applique sur la zone centrale du segment conducteur 1 1 dans l'encoche 40 suite à une course C2.
Les éléments de poinçon périphériques 514 sont déplacés sur une course C3 inférieure à la course C2 de l'élément de poinçon central 513 de sorte que le segment conducteur 1 1 est davantage écrasé dans une zone centrale que dans des zones axialement périphériques.

Claims

Revendications
1. Machine électrique tournante (1 ), notamment un démarreur pour véhicule automobile, comportant:
- un stator (3),
- un rotor (2, 2a) agencé de manière à pouvoir tourner dans le stator (3) autour d'un axe longitudinal (X),
- au moins un bobinage (8) comprenant des segments conducteurs
(1 1 ),
- une pluralité d'encoches (40) formées sur l'un du stator (3) et du rotor (2, 2a) s'étendant sensiblement suivant l'axe longitudinal (X), présentant chacune un fond (41 ), l'une au moins des encoches (40) recevant au moins un segment conducteur du bobinage (11 ), caractérisée par le fait que ledit au moins un segment conducteur (1 1 ) est en appui contre le fond de l'encoche (41 ) et présente une déformation par écrasement qui est suffisante pour assurer son maintien dans l'encoche (40) lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante (1 ).
2. Machine (1 ) selon la revendication précédente, caractérisée par le fait qu'elle est dépourvue de vernis déposé au contact des segments conducteurs (1 1 ) dans les encoches (40), après montage du rotor (2, 2a) dans le stator (3).
3. Machine (1 ) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) reçoit au moins deux segments conducteurs (1 1 ), notamment alignés sensiblement suivant un rayon du rotor (2, 2a).
4. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que chaque segment conducteur (1 1 ) présente une section transversale allongée suivant une circonférence du rotor (2, 2a).
5. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'un au moins des segments conducteurs (11 ), notamment tous les segments conducteurs (11 ) dans les encoches (40), présente(nt) un taux d'écrasement compris dans l'intervalle [0,6 ; 1 [, notamment dans l'intervalle [0,7 ; 0,9], notamment encore dans l'intervalle [0,75 ; 0,85].
6. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'un au moins des segments conducteurs (11 ), notamment tous les segments conducteurs (11 ) dans les encoches (40), présente(nt) un rapport de forme compris dans l'intervalle [0,66 ; 1 [, notamment dans l'intervalle [0,68 ; 0,84], notamment encore dans l'intervalle [0,70 ; 0,75].
7. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, les encoches (40) comportant chacune une ouverture longitudinale (44) opposée au fond (41 ), caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) comporte un espace libre (45, 45a, 45b) s'étendant entre le segment conducteur (11 ) le plus proche de l'ouverture de l'encoche (44) et l'ouverture (44) elle-même.
8. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40), notamment toutes les encoches (40), présente(nt) un taux de remplissage compris dans l'intervalle [60%m ; 98%], notamment dans l'intervalle [70% ; 95%], notamment encore dans l'intervalle [75% ; 92%].
9. Machine (1 ) selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que la profondeur de l'espace libre (45, 45a, 45b) est sensiblement nulle.
10. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les encoches (40) sont formées sur un corps (7), notamment un corps de rotor (2, 2a), et par le fait que le corps (14) comporte au moins une dent (46) faisant saillie dans l'une des encoches (40).
1 1. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le corps (7) comporte une rainure longitudinale (47) s'étendant au dessus de la dent (46).
12. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) comporte deux parois longitudinales sensiblement planes en regard (42, 43).
13. Machine (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisée par le fait que l'une au moins des encoches (40) comporte deux parois longitudinales en regard (42b, 43b), ces parois présentant des formes en creux (48b) et en relief (49b).
14. Procédé de fabrication d'une machine électrique tournante (1 ) selon la revendication 1 , comportant les étapes suivantes: a/ insérer au moins un segment conducteur (1 1 ) dans chaque encoche
(40), et b/ appliquer un effort d'écrasement suffisant sur ce segment conducteur
(1 1 ) pour lui conférer une déformation permettant son maintien dans l'encoche (40) lors d'un fonctionnement normal de la machine électrique tournante (1 ).
15. Procédé selon la revendication précédente, comportant en outre l'étape suivante: c/ sertir localement le corps du rotor (7) afin de former sur ce corps (7) une ou plusieurs dents (46) faisant saillie dans l'encoche (40), notamment à l'aide d'un poinçon (52).
16. Procédé selon les revendications 14 et 15, caractérisé par le fait que les étapes b/ et c/ sont concomitantes.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé par le fait que l'effort d'écrasement est variable sur la longueur du segment conducteur (1 1 ) dans l'encoche (40).
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