Domaine technique de l'invention

L'invention concerne un induit rotorique d'un moteur électrique de démarreur, comprenant : - un rotor ayant un arbre de sortie rotatif supportant un circuit magnétique à encoches semi-ouvertes, un collecteur et un lanceur, - un bobinage rotorique à conducteurs logés dans les encoches semi-ouvertes en faisant saillie de part et d'autre du circuit magnétique pour constituer un chignon avant situé du côté du lanceur et un chignon arrière agencé du côté du collecteur.

État de la technique

Selon une technique connue, les fils conducteurs appartenant au bobinage d'un induit d'une machine électrique tournante, notamment un démarreur de moteur à combustion de véhicule automobile, sont immobilisés dans les encoches du circuit magnétique, comprenant un paquet de tôles, au moyen d'un vernis d'imprégnation qui crée une adhérence des fils entre eux au niveau des extrémités avant et arrière du paquet de tôles et entre les fils et leur logement dans les encoches.

Le document EP-A-881747 mentionne un stator fixe d'alternateur et donc non soumis à l'action de la force centrifuge, dans lequel les portions de conducteurs logées dans les encoches sont soumises à une opération d'imprégnation. L'agent d'imprégnation occupe toute la longueur axiale des encoches, et les couches isolantes sont moins épaisses au niveau du chignon qu'au niveau des conducteurs dans les encoches.

D'autres moyens d'immobilisation additionnels sont parfois utilisés pour consolider la tenue mécanique des fils dans leurs encoches : - soit par l'usage de frettes en fibre de verre au niveau du chignon, à l'avant du côté lanceur et / ou à l'arrière du côté collecteur ; - soit par sertissage de l'entrée des encoches pour retenir les conducteurs, tel que décrit dans le document FR-A-2721769.

Deux problèmes se posent : - Le procédé de dépose du vernis d'imprégnation est extrêmement contraignant et coûteux : prix du vernis, énergie électrique pour alimenter les machines de dépose et les fours de cuisson, opérations de maintenance compliquées ; - Au niveau du chignon avant, le vernis crée une sorte de bloc autour des fils de cuivre, lissant les aspérités et bouchant les interstices, ce qui diminue la surface d'échange thermique entre les fils et l'air environnant, avec des risques d'échauffement excessif qui affaiblit la tenue thermique du démarreur.

Objet de l'invention

L'invention a pour but de proposer un induit rotorique d'un moteur électrique de démarreur, notamment sans réducteur interne, permettant de remédier à ces inconvénients.

L'induit rotorique d'un moteur électrique de démarreur selon l'invention est caractérisé en ce que le bobinage rotorique est imprégné partiellement par un agent d'imprégnation le long d'une distance axiale prédéterminée s'étendant depuis le chignon arrière dans la zone de soudure des extrémités des conducteurs sur les lames du collecteur, jusqu'à une position intermédiaire du circuit magnétique, de manière à laisser le chignon avant libre de toute imprégnation pour augmenter sa surface d'échange thermique. La distance axiale d'imprégnation du bobinage est inférieure à la longueur totale du circuit magnétique. L'agent d'imprégnation est généralement constitué par du vernis, lequel est uniquement déposé sur la partie arrière de l'induit du côté collecteur. L'absence de vernis sur le chignon avant côté lanceur permet d'augmenter le brassage de l'air environnant dans cette zone, et en essai d'échauffement, on constate une perte de puissance moins importante qu'avec un chignon imprégné. La tenue thermique du démarreur est ainsi améliorée. Un autre avantage est une économie de vernis, sans altérer la tenue en centrifugation lors de la rotation de l'induit.

Selon un mode de réalisation préférentiel, la position intermédiaire où s'arrête l'imprégnation est située entre la moitié ou les deux tiers de la longueur axiale du paquet de tôles constituant le circuit magnétique. Les conducteurs sont maintenus dans les encoches par des moyens d'immobilisation rendus actifs par sertissage du circuit magnétique pour rétrécir l'entrée des encoches.

D'autres caractéristique techniques de l'invention peuvent être utilisées isolément ou en combinaison :

- les moyens d'immobilisation sont conformés par des becs de sertissage en au moins un point de crantage du circuit magnétique ;

- l'extrémité frontale arrière du circuit magnétique côté collecteur est séparée des points d'ancrage par des distances axiales, le point d'ancrage intermédiaire étant plus proche du chignon avant non imprégné que du chignon arrière imprégné ;

- pour ménager l'induit rotorique il est prévu une rondelle élastique, qui prend appui sur un capot, assure la fermeture des logements de balais et permet de filtrer les vibrations.

Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un démarreur équipé d'un rotor d'induit selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale du rotor d'induit de la figure 1, montrant la répartition du crantage des tôles du circuit magnétique pour la tenue mécanique des fils conducteurs dans les encoches ; - la figure 3 représente la zone d'imprégnation partielle du rotor d'induit de la figure 1 ; - la figure 4 montre une vue schématique en coupe radiale d'un chignon d'induit avec vernis d'imprégnation selon l'art antérieur ; - la figure 5 est une vue identique de la figure 4 illustrant l'induit selon l'invention avec un chignon sans vernis d'imprégnation.

Description de modes particuliers de réalisation

Sur la figure 1 , le démarreur 10, destiné à démarrer un moteur thermique ici d'un véhicule automobile, comporte un support 11 destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule automobile. Le support 11 présente un nez 12 pour le montage d'un palier avant 13, par exemple un roulement à aiguilles, entourant coaxialement un manchon 14 tubulaire appartenant à un lanceur 15.

L'extrémité avant du manchon 14 est conformée pour constituer un pignon 16 de commande, ici sortant du nez 12, destiné à venir en prise avec la couronne de démarrage (non visible) associée au moteur thermique du véhicule automobile afin de démarrer celui-ci.

L'extrémité arrière du manchon 14 du lanceur 15 est agencée selon une piste interne circulaire pour des galets 17 appartenant à une roue libre intercalée entre le pignon 16 et un entraîneur 18.

L'entraîneur 18 comporte des cannelures internes 19 en prise avec des cannelures externes 20 solidaires d'un arbre de sortie 21 du rotor 22 appartenant au moteur électrique M du démarreur. Les cannelures 19, 20 présentent des formes hélicoïdales complémentaires.

A l'opposé du lanceur 15, l'arbre 21 du rotor 22 est doté d'une manière classique d'un collecteur 23 ici du type axial, par exemple décrit dans le document FR-A-2 722 037. Des balais 24 à action radiale frottent sur les lames axiales électriquement conductrices du collecteur 23. Les balais 24 sont montés dans un logement d'un porte-balais comportant à cet effet un corps (non référencé à la figure 1 ) configuré pour servir d'appui à des ressorts, chaque ressort est monté dans un logement, ici radial, du porte-balais et est associé à un balais 24 pour solliciter celui-ci en direction des lames électriquement conductrices du collecteur 23.

L'extrémité arrière de l'arbre de sortie 21 est montée de manière rotative dans un palier arrière 25, tel qu'un palier lisse, porté dans la partie centrale en forme de manchon d'un capot 26, lequel est décrit à titre d'exemple dans le document FR-A-2726701.

Une culasse 27 agencée entre le capot 26 et le support 11 , sert au montage du stator 28, lequel est équipé de bobines inductrices 29 entourant coaxialement le rotor 22 avec interposition d'un entrefer radial. Des tirants 30 assurent l'assemblage du capot 26 et de la culasse 27 avec le support 11. Plus précisément, comme décrit dans document FR-A-2726701 , le stator comporte un paquet de tôles découpées, qui délimitent des logements (non visibles) pour les bobines électriques 29. Chacune des deux faces d'extrémités axiales du paquet de tôles du stator est équipée d'une joue en matière plastique (non référencée à la figure 1 ). Les joues servent au bobinage des bobines 29. Une rondelle (non référencée) sert de fermeture aux logements des balais 24. Ces logements sont donc délimités par le corps en matière plastique (non référencé) du porte balais et par la rondelle qui prend appui sur ce corps et sur des bossages locaux du capot 26. Le corps du porte balais est en appui contre la joue adjacente. La rondelle est conformée pour être élastique et filtrer les vibrations axiales. Pour plus de précisions on se reportera au document FR-A-2726701 (voir notamment figurel ) Cette rondelle permet donc de ménager les balais et l'induit rotorique décrit ci- après.

Le support 11 sert également au montage d'une cuve 31 appartenant à un contacteur CT électromagnétique implanté au-dessus du moteur électrique M et parallèlement à celui-ci. De manière connue, le contacteur CT comporte un noyau fixe 32, au moins un bobinage 33 d'excitation, un noyau mobile 34 et un contact mobile 35 destiné à coopérer avec des bornes fixes 36, 37 pour l'alimentation du moteur électrique M. Un levier de commande 38 en forme de fourchette, est monté à pivotement sur un axe d'une tige attelée élastiquement au noyau mobile 34. La partie inférieure de la fourchette comporte deux doigts montés dans une gorge annulaire de l'entraîneur 18 du lanceur 15.

Le rotor 22 comporte un circuit magnétique 39 formé par un empilage de tôles trouées centralement pour leur montage axial sur l'arbre de sortie 21 , par exemple par emmanchement à force avantageusement à la faveur d'au moins une portion moletée de l'arbre 21. Chaque tôle comporte à sa périphérie externe une pluralité d'encoches 40 semi-ouvertes radialement vers l'extérieur. Les encoches 40 sont réparties angulairement à intervalles réguliers, et forment des rainures axiales après alignement des tôles.

Chaque encoche 40 reçoit des conducteurs électriques 41 bobinés, qui traversent le circuit magnétique 39 du rotor 22, Ces conducteurs 41 s'étendent en saillie dans la direction axiale de part et d'autre du circuit magnétique 39 pour constituer respectivement un chignon avant 42 du côté lanceur 15, et un chignon arrière 43 du côté collecteur 23. Le chignon avant 42 est formé par les têtes des conducteurs 41 , et le chignon arrière 43 comporte les extrémités des conducteurs 41 destinées à être reliées aux lames conductrices du collecteur 23. Avantageusement un isolant d'encoche est intercalé entre les conducteurs électriques 41 et les faces délimitant les encoches 40 pour notamment ne pas blesser les conducteurs 41 , plus précisément les isolants, électriques ,tels qu'une gaine ou un émaillage, représentés en 47 dans les figures 4 et 5. Ces isolants 47 recouvrent les conducteurs 41 par exemple en cuivre. Cet isolant d'encoche est avantageusement solidaire du circuit magnétique 39, plus précisément du paquet de tôles constituant le corps du rotor 22 solidaire de l'arbre 21.

Dans les dessins des figures 1 à 3, une série de conducteurs 41 superposés sont prévus par encoche 40 pour réaliser le bobinage rotorique. A titre d'exemple, quatre conducteurs 41 sont prévus par encoche et sont superposés dans les encoches 40 lors de l'opération de bobinage. Les fils sont initialement de section circulaire, et sont écrasés, comme mieux visible dans les figures 4 et 5, après l'opération de compactage au moyen d'un outil en forme de plaque, laquelle est équipée de poinçons de sertissage. L'empilage de tôles du circuit magnétique 39 est ensuite cranté au niveau de chaque fil en un ou plusieurs points de crantages A, B, C, notamment trois dans l'exemple de la figure 2 grâce aux poinçons de sertissage de l'outil en forme de plaque. Le crantage s'effectue donc à titre d'exemple selon le procédé de sertissage décrit dans le document FR-A- 2721769, qui consiste à rabattre localement une partie de l'acier par-dessus l'encoche 40, de façon à rétrécir l'entrée de l'encoche et ainsi empêcher mécaniquement le fil de pouvoir sortir.

La tenue mécanique des conducteurs 41 dans les encoches 40 est ainsi assurée par les trois points périphériques de crantage A, B, C, et l'adhérence par contact des conducteurs imbriqués entre eux, et contre les parois internes des encoches 40. Elle est complétée selon l'invention par une imprégnation partielle de vernis du bobinage rotorique. En référence à la figure 3, la quantité de vernis déposée dans les encoches 40 de l'induit est réduite, la partie imprégnée se trouvant uniquement sur la partie arrière de l'induit du côté collecteur 23, c'est à dire à l'endroit où la tenue mécanique des fils sous les efforts de centrifugation est la plus critique pendant la rotation du collecteur 23.

Le chignon avant 42 du côté lanceur 15 est dépourvu de tout vernis, ou de tout autre agent d'imprégnation, autre que le gainage isolant des fils. La zone d'imprégnation par vernis des conducteurs 41 s'étend sur une distance axiale v depuis la zone de soudure 44 des extrémités des conducteurs 41 sur les lames électriquement conductrices 45 du collecteur 23 jusqu'à environ la moitié ou les deux tiers de la longueur totale z du circuit magnétique 39. La zone active u des lames 45 du collecteur 23 est également dépourvue de tout revêtement de vernis d'imprégnation.

Les points de crantages A, B, C sont séparés respectivement de l'extrémité arrière du circuit magnétique 39 du côté collecteur par des distances 11 , 12, 13, le point d'ancrage intermédiaire B étant plus proche du chignon avant 42 non imprégné que du chignon arrière 43 imprégné par du vernis. L'absence de vernis sur le chignon avant 42 permet d'augmenter la surface d'échange entre les conducteurs 41 et l'air ambiant. Selon la figure 4, on constate que la surface S d'échange thermique d'un chignon avec vernis 46 d'imprégnation selon l'art antérieur, est inférieure à celle S' d'un chignon sans vernis d'imprégnation illustré à la figure 5. Dans les deux cas, chaque conducteur 41 est isolé électriquement normalement par une gaine 47 isolante ou une couche d'émail pour l'isolement électrique entre les différents fils.

L'augmentation de la surface d'échange au niveau du chignon avant 42 assure une meilleure ventilation interne du démarreur, et améliore sa tenue thermique, tout en permettant une économie de vernis, et une simplification du dispositif d'imprégnation lors de la fabrication du moteur électrique M. L'usage de frettes additionnelles pour le maintien radial des fils conducteurs 41 au niveau des chignons 42, 43 n'est pas nécessaire.

Ce principe d'imprégnation partielle est applicable pour tout type d'induit bobiné, mais également pour un bobinage en épingle du type décrit dans le document FR-A-2244284. Le domaine d'application concerne tout type de démarreurs pour démarrer un moteur thermique. Ce domaine con cerne notamment tout type de démarreur pour véhicules légers ou poids lourds, en particulier les démarreurs sans réducteur interne, car leur vitesse de rotation de l'induit est faible, ce qui minimise le risque de centrifugation des fils conducteurs. On appréciera que la rondelle élastique du porte-balais précitée amortie les vibrations axiales et permet donc de ménager le chignon avant dépourvu de vernis.

II est clair que le collecteur 23 peut être du type frontal et les balais à action axiale. De même le pignon 16 du lanceur 15 peut être monté à l'intérieur du support 11.

La roue libre intervenant entre le pignon 16 et l'entraîneur 18 du lanceur 15, peut également être conformée selon un embrayage à friction comportant une surface de friction concave appartenant au pignon16 ou au Ianceur15, et une surface de friction convexe appartenant à l'autre des éléments lanceur-pignon.

Selon une autre variante, le contacteur CT peut être monté à l'arrière du moteur électrique M, perpendiculairement à l'axe de l'arbre de sortie 21 de celui-ci. La fourchette du levier de commande 38 est alors attelée à son extrémité supérieure à une tige supplémentaire s'étendant parallèlement au moteur électrique M, et un mécanisme de renvoi intervient entre la tige attelée au noyau mobile 34 et la tige supplémentaire, comme décrit dans le document FR-A-2 843 427. Le contacteur est variante est monté à l'avant du moteur électrique, le noyau mobile du contacteur étant constitué par le lanceur en sorte que a présence du levier de commande 38 n'est pas obligatoire. Le nombre de conducteurs par encoche dépend des applications.