L’invention concerne le domaine des machines électriques à rotors bobinés.

En particulier l’invention concerne le domaine de la conception et de la fabrication des rotors bobinés.

Une machine électrique comprend un stator dans lequel est installé un rotor. Parmi les différents types de rotor, on connaît notamment les rotors bobinés.

En référence aux figures 1a et 1 b d’art antérieur, il est connu qu’un rotor bobiné 1 est fait d’un empilement de feuille de tôles magnétiques 10 qui sont solidarisées les unes aux autres.

Le rotor 1 présente une alternance de dents 11 et d’encoches 12, des bobinages 13 étant installés autour des dents 11 , dans les encoches 12, de sorte à créer des pôles rotoriques.

Afin de maintenir ces bobinages 13 autour des dents 11 , des cales 14 sont installées dans les encoches 12, en appui radial 15 contre les têtes 16 des dents 11. Une telle structure est notamment divulguée dans le document FR3068538.

Ensuite afin d’assurer des performances optimales, le rotor 1 est verni.

Le but du processus de vernissage est de remplir et d'entourer les bobinages avec le vernis, et d'éviter le vernis sur la surface extérieure. Le vernis solidifie alors les bobinages et apporte une meilleure isolation entre les bobinages.

Le rotor est d’abord chauffé puis est partiellement plongé dans un bain de vernis. Le rotor tourne pendant le trempage dans le bain de vernis. Ensuite, il est gélifié dans le four. Le rotor continue à tourner pour éviter les fuites et les gouttes de vernis, en particulier sur la surface extérieure du rotor.

Il est toutefois nécessaire d’obtenir une couche de vernis aussi fine que possible sur la surface extérieure.

En effet, l'entrefer entre le stator et le rotor 1 est généralement d’une longueur radiale de sensiblement 1 mm. Aussi, la couche de vernis doit être fine afin d’éviter que le rotor 1 ne touche le stator. Pour cette raison, une procédure de grattage du vernis est mise en œuvre.

Il existe plusieurs solutions de grattage. Il est notamment connu que pour des rotors ronds, le raclage est effectué lorsque le vernis est liquide.

Cependant, pour obtenir de meilleures performances électromagnétiques, la surface extérieure du rotor 1 est ondulée, telle que représentée figure 1 a ; les têtes 16 de dents 11 du rotor 1 faisant saillie radiale par rapport aux cales 14. C’est pourquoi dans une telle situation, le raclage doit être effectué après la gélification du vernis.

Cependant, le raclage après gélification présente des difficultés particulières. Il faut notamment retirer le vernis gélifié du dispositif de raclage à chaque opération.

Aussi il existe le besoin d’une solution permettant d’obtenir un rotor plus simple à vernir tout en assurant de bonnes performances électromagnétiques.

A cet effet on propose un rotor bobiné fait d’un empilement de feuilles de tôle solidarisées les unes aux autres, chaque feuille de tôle de l’empilement définissant une alternance circonférentielle de dents et d'encoches, chaque dent recevant un bobinage longitudinal destiné à générer un pôle rotorique, et chaque dent comprenant une tête élargie, de sorte que lesdits bobinages sont maintenus dans chaque encoche autour des dents en appui radial contre lesdites têtes des dents encadrant ladite encoche par des cales insérées dans lesdites encoches.

Chaque cale présente un corps de cale inséré une l’encoche, une surface d’appui contre les têtes de dents adjacentes, et une tête de cale s’étendant entre les têtes de dents adjacentes, de manière que l’alternance de têtes de dents et de têtes de cales du rotor forme un contour sensiblement cylindrique du rotor ; et ledit rotor étant formé par la répétition d’au moins un motif d’empilement comprenant une succession de feuilles de tôles de modèles différents et/ou de feuilles d’un même modèle pivotées les unes par rapport aux autre ; chaque modèle de feuille de tôle différant des autres par la forme du profil des têtes des dents ; ledit motif d’empilement étant réalisé de sorte que les formes de profils des têtes superposées varient, et de sorte qu’en valeur moyenne le volume d’entrefer en regard des têtes de dent est constant.

Ainsi, on peut obtenir un rotor relativement simple à vernir, avec une couche de vernis relativement fine, de par la forme sensiblement cylindrique de son contour externe.

En outre le vernis peut pénétrer de manière optimale aux extrémités des têtes de dents du rotor, assurant un maintien robuste.

En outre, la variété de formes de profil des têtes de dents du rotor, permet de limiter la conduction électromagnétique et permet d’éviter les pertes électromagnétiques au voisinage des couronnes d’extrémités du rotor.

Avantageusement et de manière non limitative, un modèle de feuille de tôle comprend au moins une partie des têtes de dents présentant un profil externe elliptique entre ses deux extrémités. Ainsi, on peut mettre en œuvre des feuilles de tôle déjà existantes, ce type de profil correspondant aux têtes de dents classiques. Avantageusement et de manière non limitative, un modèle de feuille de tôle comprend au moins une partie de têtes de dents présentant un profil externe elliptique terminé à chaque extrémité par un congé et un bord aplati. Ainsi, on peut obtenir une surface d’extrémité plus basse présentant un volume plus important qu’une tête de dent de l’art antérieur.

Avantageusement et de manière non limitative, un modèle de feuille de tôle comprend au moins une partie de têtes de dents présentant un profil externe elliptique, en particulier un morceau d’ellipse tronqué à chaque extrémité par un arrondi, ainsi on peut obtenir un volume d’entrefer pour ce modèle de feuille plus faible que pour les têtes de dents connus de l’art antérieur.

Avantageusement et de manière non limitative, au moins une partie des cales présente une forme générale de prisme triangulaire, et des décrochements latéraux formant surface d’appui radial. Ainsi, on peut obtenir une cale relativement simple et robuste, et réduisant la quantité de vernis entre la tête de cale et les têtes de dents adjacentes.

Avantageusement et de manière non limitative, au moins une partie des cales présente un corps en forme de prisme triangulaire surmonté d’une tête en forme de prisme rectangulaire, séparés par des décrochements latéraux formant surface d’appui radial. Ainsi, on peut obtenir une cale relativement simple et robuste, et augmentant la quantité de vernis entre la tête de cale et les têtes de dents adjacentes.

En particulier, chaque tête présente une même longueur radiale par rapport au centre de la feuille de tôle. Ceci permet d’assurer une meilleur uniformité des feuilles et donc du rotor.

En particulier, chaque tête présente une même distance directe entre ses deux extrémités. Ceci apporte une plus grande uniformité des têtes.

L’invention concerne aussi une machine électrique comprenant un stator dans lequel est installé un rotor bobiné tel que décrit précédemment. L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant une machine électrique tel que décrite précédemment.

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. 1a] [Fig. 1 b] sont des vues schématiques d’un rotor connu de l’art antérieur ; [Fig. 2a] est une vue schématique en coupe d’un rotor selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 2b] est une vue schématique en perspective d’un rotor selon le mode de réalisation de l’invention de la figure 2a;

[Fig. 3] est une représentation de trois différents modèles de feuilles de tôles composant un rotor selon le mode de réalisation de l’invention de la figure 2a;

[Fig. 4] est une représentation de trois différents profils de têtes de dent d’un rotor selon le mode de réalisation de l’invention de la figure 2a;

[Fig. 5a] [Fig. 5b] représentent une vue de détail d’un premier motif de superposition de différents modèles de feuilles de tôle selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 6a] [Fig. 6b] représentent une vue de détail d’un autre motif de superposition de différents modèles de feuilles de tôle selon une variante de réalisation de l’invention ;

[Fig. 7] représente une vue de profil d’un motif particulier de superposition de différents modèles de feuilles de tôle comprenant des têtes de dents poinçonnées. [Fig. 8a] [Fig. 8b] représentent deux cales selon l’invention.

En référence aux la figure 2a et 2b, une machine électrique comprend un stator non représenté dans lequel est installé un rotor bobiné 1 .

Le rotor bobiné 1 , aussi appelé rotor 1 , comprend un corps 17 longitudinal, fait d’un empilement de pièces de tôle 10, traversé dans sa longueur par un arbre 5 de centre O et de rayon R.

En effet, l’arbre 5 est représenté schématiquement figure 2a, mais en pratique l’arbre 5 est inséré par frettage dans le corps 17 et présente donc une forme sensiblement complémentaire du rayon interne du corps 17, le rayon R de l’arbre atteignant alors les créneaux internes des tôles 10.

Ainsi l’arbre 5, qui est couplé à rotation au corps 17 du rotor 1 , s’étend dans une direction longitudinale X. Cette même direction longitudinale X définit l’axe principal X de révolution du rotor 1 .

Le corps 17 de rotor 1 définit une succession circonférentielle de dents 11 et d’encoches 12.

Des bobinages rotoriques 13 sont installés dans les encoches 12 de sorte à entourer les dents 11 selon un enroulement longitudinal X.

Les bobinages rotoriques 13 définissent à chaque extrémité longitudinale du rotor 1 des têtes de bobines non représentées, maintenues par des couronnes de maintien.

L’ensemble des têtes de bobines à une extrémité longitudinale X du rotor 1 est aussi appelé le chignon.

Le rotor 1 est formé d’un empilement de feuille de tôle magnétiques 10.

Chaque feuille de tôle 10 de l’empilement définit aussi une alternance circonférentielle de dents 11 et d'encoches 12.

Ces feuilles 10 sont alignées les unes sur les autres de sorte à former aussi une alternance circonférentielle de dents 11 et d'encoches 12 pour le rotor 1 assemblé.

A cet effet, on parlera par simplification des dents 11 et encoches 12 des feuilles 10 mais aussi du rotor 1 de la même manière.

Chaque dent 11 reçoit un bobinage 13 longitudinal destiné à générer un pôle rotorique.

Afin de maintenir le bobinage 13 en place lors de la mise en rotation du rotor 1 , et donc afin de contrer l’accélération centrifuge subie par les bobinages 13, chaque dent 11 comprenant une tête élargie 16.

Ainsi, les bobinages 13 sont maintenus dans chaque encoche 12 autour des dents 11 en appui radial 15 contre les têtes 16 des dents 11 encadrant l’encoche 12 par des cales 14a, 14b insérées dans les encoches 12.

Chaque feuille de tôle 10 est choisie parmi une pluralité de différents modèles 30- 32, représenté figure 3, de feuilles de tôles 10.

Chaque modèle 30-32 de feuille de tôle 10 diffère des autres par la forme du profil des têtes des dents. Toutefois afin d’assurer un empilement correct, on définit que chaque tête différente présente une même distance directe d entre ses deux extrémités 16a, 16b, autrement dit qu’aucune des têtes 16 empilées ne dépasse des autres dans une direction sensiblement circonférentielle. En variante les têtes de pôle ont des longueurs maximales dans le sens circonférentiel légèrement différentes.

De même chaque tête 16 présente une même longueur radiale maximale Rmax par rapport au centre de la feuille de tôle. Autrement dit, aucune tête 16 ne dépasse radialement des autres.

On définit dans cet exemple de réalisation, en référence à la figure 4, trois différents types de têtes :

- un premier profil de tête, dit original 160, correspond au profil connu de l’art antérieur. Ce profil externe présente une forme d’ellipse continue 1600 entre ses deux extrémités 16a, 16b.

- un deuxième profil 161 présentant un profil externe elliptique 1610 terminé à chaque extrémité par un congé 1611 et un bord aplati 1612.

- un troisième profil 162 présentant un profil externe elliptique 1620 tronqué à chaque extrémité 16a, 16b par un arrondi 1621.

On notera qu’afin de respecter les formes particulières de chacun de ces profils et les conditions de longueur d et de hauteur radiale Rmax définie plus haut, ces trois profils 161 , 162, 163 présentent des courbes elliptiques différentes : le deuxième profil présentant le plus faible rayon de courbure tandis que le troisième présente le plus grand rayon de courbure.

Par ailleurs l’invention n’est pas limitée à ces trois exemples de profils.

Chaque modèle 30-32 de feuille de rotor 10 peut comprendre pour ses têtes de dents 11 différents profils différents.

Le rotor 1 est alors formé par la répétition d’un motif d’empilement comprenant une succession de feuilles de tôles de modèles différents et/ou de feuilles de même modèle pivotées les unes par rapport aux autres, de sorte à faire varier les profils de têtes 16 superposés selon un motif prédéterminé.

On définit par exemple, en référence aux figures 5a et 5b, un motif composé de l’empilement successif de quatre modèles de feuilles positionnés de sorte que les profils de têtes suivent le motif de répétition suivant : le troisième profil 162 superposé au premier profil 160, superposé au deuxième profil 161 et superposé au premier profil 160.

Un tel motif selon l’invention est préférentiellement choisi de sorte que pour chaque tête de ce motif d’empilement, la valeur moyenne du volume d’entrefer en regard de la tête 16 de dent 11 du rotor créé par cet empilement soit constante. Un autre motif représenté figure 6a et figure 6b, peut comprendre une alternance de deux profils : le troisième profil 162 superposé au deuxième profil 161.

Chaque modèle de feuille de tôle 30-32 pouvant présenter des têtes 16 de dents 11 différentes, il est par ailleurs possible, selon une mise en œuvre particulière de l’invention, de réaliser des motifs d’empilement par empilement de mêmes modèles de tôles, pivotés les uns par rapport aux autres de sorte à faire varier les têtes 16 de dents 11 alignées les unes sur les autres. On peut de la même manière créer des motifs combinant des mêmes modèles 30-32 pivotés les uns par rapport aux autres et des modèles 30-32 différents.

D’autres motifs impliquant une succession d’un plus grand nombre de feuilles peut être mis en œuvre, toutefois on préférera les motifs présentant une valeur moyenne du volume d’entrefer voulue, à savoir le volume d’entrefer d’un rotor composé d’un empilement de feuille de tôle ne comprenant que le premier profil 160, qui est le profil 160 de tête 16 connu de l’art antérieur.

Autrement dit, on cherche à équilibrer la valeur moyenne du volume d’entrefer, malgré les différentes formes de profils de têtes afin de conserver une conductivité électromagnétique sensiblement équivalente à l’art antérieur.

Selon une alternative de mise en œuvre, on peut en outre prévoir des modèles de têtes 16 présentant des lumières, orifices traversants 70, 71 ou tout autre poinçonnage, selon une direction sensiblement circonférentielle, ou tangentielles, ou encore radiales, de sorte à obtenir des profils tel que représenté figure 6b et figure 7.

Ces assemblages selon l’invention présentant des couches de différents profils de têtes permettent en particulier d’assurer une pénétration optimale du vernis, par capillarité.

Ces assemblages, permettent en outre de compenser la forme des cales 14a, 14b tel qu’exposé ci-après, afin d’éviter une augmentation de la conductivité électromagnétique dans l’entrefer, afin d’éviter une augmentation des pertes au voisinage des couronnes d’extrémités de rotor 1 . Une fois le rotor 1 formé par l’empilement des feuilles de tôles 10 telles qu’exposé précédemment, une fois les bobinages 13 installés, on installe les cales 14 dans les encoches 12.

Les cales 14a, 14b selon l’invention présentent un corps de cale 140 inséré dans une encoche 12, une surface d’appui 15 radial contre les têtes 16 de dents 11 adjacentes, et une tête de cale 141 s’étendant entre les têtes 16 de dents 11 adjacentes, de manière que l’alternance de têtes 16 de dents 11 et de têtes 141 de cales 14 du rotor 1 forment un contour sensiblement cylindrique du rotor 1 tel que représenté notamment figure 2b.

Ainsi la forme de contour du rotor 1 selon l’invention diffère du contour de rotor connu de l’art antérieur selon les figures 1 a et 1 b, dans lequel le contour est ondulé par l’alternance de têtes de dent 11 et de cales de l’art antérieur.

Toutefois la structure de superposition des feuilles de tôles 10 avec les différents profils de têtes 16 de dent 11 permet d’assurer une performance électromagnétique optimale, tout en rendant les étapes de vernissage plus simple, et confère au rotor une bonne résistance mécanique.

Une première cale 14a selon l’invention, en référence à la figure 8a, présente une forme générale de prisme triangulaire, avec des décrochements latéraux 142, 143 formant surface d’appui 15.

Une autre cale 14b selon l’invention présente un corps 140 en forme de prisme triangulaire surmonté d’une tête 141 en forme de prisme rectangulaire, séparés par des décrochements latéraux 142, 143 formant surface d’appui 15.

De cette manière, par la combinaison particulière des cales 14a, 14b et des motifs de superpositions de feuilles de tôle 10 présentant des têtes 16 de dents 11 ayant des profils différents, on peut obtenir un rotor relativement simple à vernir, avec une couche de vernis relativement fine, de par la forme sensiblement cylindrique de son contour externe, mais limitant la conduction électromagnétique dans l’entrefer, et permet ainsi d’éviter les pertes électromagnétiques au voisinage des couronnes d’extrémités du rotor.

En outre cette solution permet au vernis de mieux pénétrer aux extrémités des têtes de dents du rotor, assurant un maintien robuste, avec une épaisseur de vernis très fine en surface, ce qui permet ainsi une conduction thermique optimale du roto et une meilleure réduction des pertes par frottement.