Titre de l'invention : Flasque plastique muni de murets de renfort pour une machine électrique tournante

[0001] L’invention concerne notamment une machine électrique tournante comportant un carter comprenant au moins un flasque en matériau plastique muni de murets de renfort.

[0002] L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. On rappelle qu’une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d’une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d’autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.

[0003] Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe et un stator fixe entourant le rotor. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation par l’intermédiaire de roulements. La machine électrique tournante comporte également un ensemble électronique comprenant plusieurs modules de puissance permettant de redresser le courant fourni par le stator. Ce module électronique est monté sur le carter de la machine et notamment sur un des flasques formant le carter. En outre, le carter permet de maintenir et de protéger l’ensemble formé par le stator et le rotor.

[0004] Dans un soucis d’allègement du poids général de la machine, visant à limiter les émissions de C02 pour respecter les normes antipollution, des flasques en matériau plastique ont été développés.

[0005] Les flasques plastique, moins rigides que les flasques métalliques, et dans lesquels est logée la machine et sur lesquels sont montés notamment l’électronique sont soumis à des contraintes mécaniques importantes. En particulier, lorsque la machine est soumise aux vibrations fortes du véhicule, le flasque est alors soumis à des déformations importantes.

[0006] La présente invention propose un flasque plastique pour machine électrique tournante d’axe X comprenant un fond qui s’étend transversalement à l’axe X et une paroi latérale s’étendant axialement depuis un pourtour du fond, caractérisé en ce que l’un au moins du fond et de la paroi latérale a une surface d’où s’étend au moins un muret de renfort.

[0007] Les murets permettent de rigidifier le flasque qui se déforme alors moins. De plus un tel flasque localement creusé par des cavités est encore plus allégé.

[0008] Selon d’autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison :

[0009] le flasque plastique est obtenu par moulage ;

[0010] le flasque comprend une pluralité de murets définissant des cavités fermées ;

[0011] les cavités sont sensiblement identiques les unes aux autres ;

[0012] les cavités ont une section dans un plan transverse à l’axe X présentant au moins deux axes de symétrie ;

[0013] les cavités ont une section hexagonale ;

[0014] l’épaisseur d’au moins un des murets est comprise entre le quart de l’épaisseur et une fois l’épaisseur du fond ou de la paroi latérale dont il s’étend, et préférentiellement de l’ordre de la moitié de l’épaisseur du fond ou de la paroi latérale dont il s’étend ;

[0015] la hauteur axiale d’au moins un des murets est comprise entre la moitié et trois fois l’épaisseur du fond ou de la paroi latérale dont il s’étend, et préférentiellement de l’ordre de l’épaisseur du fond ou de la paroi latérale dont il s’étend ;

[0016] la surface est une surface extérieure, le flasque comprenant également une surface intérieure, une autre pluralité de murets s’étendant aussi depuis la surface intérieure, au moins un muret de la surface extérieure étant axialement aligné avec au moins un muret de la surface intérieure;

[0017] le flasque comprend également une ouverture centrale de passage de l’arbre et un moyeu s’étendant depuis l’ouverture centrale, et dans lequel les cavités sont formées sur le fond du flasque par d’une part l’une des deux pluralités parmi une pluralité de murets radiaux périphériques s’étendent radialement par rapport à l’axe de la machine depuis la paroi latérale et une pluralité de murets radiaux centraux s’étendent radialement par rapport à l’axe de la machine depuis le rebord, et d’autre part un muret circonférentiel s’étendant autour de l’axe de la machine transversalement à la pluralité de murets radiaux;

[0018] le flasque comprend une pluralité de murets radiaux centraux, et une pluralité de murets radiaux périphériques, le rapport entre le nombre de murets radiaux périphériques et le nombre de murets radiaux centraux étant compris entre 1 et 2 et préférentiellement égal à 1.5 ;

[0019] deux murets angulairement adjacents d’une des pluralités de murets sont angulairement séparés d’un angle sensiblement compris entre 10° et 15°, mesuré depuis l’axe X dans un plan perpendiculaire à cet axe ;

[0020] au moins l’un des murets a une hauteur axiale qui augmente en s’éloignant du muret circonférentiel ;

[0021] une première surface extérieure du flasque comprend des murets selon un premier mode de réalisation et une deuxième surface intérieure comprend des murets selon un deuxième mode de réalisation.

[0022] L’objet de la présente invention porte également sur une machine électrique tournante comprenant un rotor, un stator, une chambre de refroidissement, et un tel flasque.

[0023] La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l’invention et de l’examen des dessins annexés.

[0024] La [Figure 1] représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d’une machine électrique tournante selon un exemple de mise en oeuvre de l’invention.

[0025] La [Figure 2a] est une vue en perspective du flasque selon l’invention.

[0026] La [Figure 2b] représente, schématiquement et partiellement, deux murets adjacents selon l’invention. [0027] La [Figure 2c] représente, schématiquement et partiellement, deux murets axialement alignés selon l’invention.

[0028] La [Figure 3] est une vue en perspective de l’intérieur du flasque de la [Figure 2a]

[0029] La [Figure 4] illustre une chambre de refroidissement selon l’invention.

[0030] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle. De plus, les exemples de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.

[0031] Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, extérieures et intérieures se réfèrent à l’axe X de la machine c’est-à-dire traversant en son centre l’arbre 13. La direction axiale correspond à l'axe X alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Un plan transversal est un plan perpendiculaire à l’axe de la machine X. Une surface latérale est une surface de révolution s’étendant autour de l’axe de la machine X. L’épaisseur d’une paroi est définie par la distance séparant les deux surfaces formant la paroi, selon un axe perpendiculaire à la paroi.

[0032] La figure 1 représente une machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine électrique tournante 10 transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.

[0033] La machine électrique tournante 10 comporte donc un carter 11. A l'intérieur de ce carter 11 , elle comporte, en outre, un arbre 13 monté en rotation par rapport au carter autour de l’axe X, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait donc autour de l’axe X.

[0034] Une extrémité cannelée de l’arbre 13 permet d'assurer la liaison mécanique de la machine électrique avec un élément extérieur pour transmettre le mouvement de rotation à l’arbre 13 ou à l’arbre 13 de transmettre son mouvement de rotation.

[0035] Le rotor 12 comporte un corps sous la forme d’un paquet de tôles. Des aimants permanents sont implantés dans des cavités du corps. Le stator 15 comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, équipées d’isolants d’encoches pour le montage d’un bobinage électrique connecté. Le bobinage est relié électriquement à un module électronique de commande.

[0036] En variante le rotor est vers l'extérieur ou la machine est une machine à flux axial.

[0037] Le carter 11 comporte assemblés un flasque avant 16, et un flasque arrière 17. L’un au moins des deux flasques est en matière plastique, et avantageusement les deux flasques sont en matière plastique.

[0038] Ce qui sera décrit dans la suite concerne l’au moins un des deux flasques en matière plastique, qui pourra être indifféremment le flasque avant ou le flasque arrière.

[0039] On entend par flasque plastique un flasque en plastique ou en matériau plastique composite.

[0040] Le flasque illustré à la figure 2 comporte un fond 2 qui s’étend transversalement à l’axe X et muni en son centre du logement de réception du roulement. Le fond 2 comprend une ouverture centrale 20 pour le passage de l'arbre 13. Le flasque comporte, en outre, une paroi latérale 3 s’étendant axialement depuis un pourtour du fond.

[0041] On définira pour la suite la surface intérieure du flasque comme étant la surface du fond et/ou de la paroi latérale du flasque qui est orientée vers l’intérieur de la machine, c’est à dire vers le stator. On définira la surface extérieure du flasque comme étant la surface du fond et/ou de la paroi latérale du flasque qui est orientée vers l’extérieur de la machine.

[0042] Les murets de renfort 4 s’étendent soit depuis le fond 2 soit depuis la paroi latérale 3 du flasque. La surface d’où s’étendent les murets 4 est tout ou partie de l’une des surfaces intérieure ou extérieure du fond ou de la paroi latérale du flasque.

[0043] Les murets 4 s’étendent avantageusement sensiblement perpendiculairement à la surface. En variante les murets 4 peuvent s’étendre dans une direction oblique par rapport à la direction perpendiculaire à la surface d’où ils s’étendent.

[0044] Dans un premier mode de réalisation illustré à la figure 2a, le fond du flasque comprend sur toute sa surface une pluralité desdits murets de renfort formant un maillage définissant des cavités fermées. On entend par cavité fermée une cavité dont la section dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe de la machine a une périphérie fermée. En volume les cavités sont définies par une portion du fond du flasque et les murets de renfort. Le volume de la cavité est ouvert dans la direction axiale du côté opposé au fond du flasque. Le flasque ainsi « creusé » de cavités est allégé et rigidifié à la fois.

[0045] En variante on pourra envisager des cavités traversantes c’est-à-dire définies uniquement par les murets de renfort et ouvertes axialement de part et d’autre, le fond du flasque étant localement percé.

[0046] De façon générale les cavités sont toutes sensiblement identiques et maillent la surface régulièrement.

[0047] Dans ce premier mode de réalisation, la section d’une cavité dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe X présente au moins un axe de symétrie, par exemple dans le cas où la section de la cavité est un triangle isocèle. Avantageusement la section de la cavité présente au moins deux axes de symétrie. La section de la cavité est par exemple triangulaire ou ellipsoïdale ou losange ou circulaire. En trois dimensions, la cavité comprend par exemple dans ce cas deux plans de symétrie, chaque plan de symétrie contenant l’axe X. [0048] Les cavités sont avantageusement de section hexagonale. En effet le fait que de chaque intersection du maillage s’étende trois branches rigidifie de façon importante le fond du flasque.

[0049] Le fond du flasque présente donc un maillage de murets de renfort définissant une structure rigidifiante dite en nid d’abeille.

[0050] Les cavités des bords du fond du flasque, c’est-à-dire disposées au niveau de la jonction du fond 2 avec l’ouverture centrale 20 ou au niveau de la jonction du fond 2 et de la paroi latérale 3 sont cependant tronquées c’est-à-dire que les sections de ces cavités ne sont pas des hexagones complets. Lesdites cavités tronquées sont fermées soit par le muret qui forme le bord du fond 2 du flasque sur tout son pourtour, soit par le muret qui forme le bord du fond 2 du flasque au niveau de l’ouverture centrale 20.

[0051] Dans un mode réalisation avantageux, l’épaisseur d’au moins un des murets est comprise entre le quart de l’épaisseur et une fois l’épaisseur du fond ou de la paroi latérale dont il s’étend, et préférentiellement de l’ordre de la moitié de l’épaisseur du fond ou de la paroi latérale dont il s’étend. La distance entre les murets est de l’ordre de une à deux fois l’épaisseur du fond ou de la paroi latérale du flasque d’où il s’étend.

[0052] Chaque muret a typiquement une épaisseur 1 et 1 5mm et avantageusement de l’ordre de 1 3mm L’épaisseur du fond 2 du flasque d’où s’étendent les murets 4 formant les cavités 40 est typiquement de l’ordre de la moitié de l’épaisseur des murets 4 comme illustré à la figure 2b. On obtient ainsi un flasque facile à démouler.

[0053] Les murets ont une hauteur axiale de l’ordre de 4mm. La hauteur d’un muret est avantageusement comprise entre la moitié et trois fois l’épaisseur du fond. Dans le cas où l’épaisseur du fond est sensiblement homogène dans son plan d’extension, les murets sont sensiblement de même hauteur que l’épaisseur du fond sur toute la surface. En variante dans le cas où l’épaisseur du fond 2 est variable, l’épaisseur des murets 4 peut être également variable de sorte que l’épaisseur des murets 4 formant une cavité est sensiblement de l’ordre de l’épaisseur du fond 2 qui forme la cavité, localement. [0054] En variante illustrée à la figure 2c, deux murets axialement alignés 41 , 42 s’étendent de part et d’autre du fond 2. Avantageusement, la hauteur de chacun des murets est de l’ordre de la moitié de la hauteur axiale du muret qui sera nécessaire pour la rigidification souhaitée. Ainsi on limite l’encombrement lié à la présence des murets 4 puisqu’une hauteur axiale de muret donnée nécessaire pour rigidifier le flasque est répartie entre l’intérieur et l’extérieur de la machine.

[0055] En variantes les cavités 40 ne sont présentes que sur une partie du fond 2. Les cavités sont par exemple avantageusement localisées sur une surface périphérique du fond. En variante les cavités sont localisées sur une surface centrale du fond. Une telle localisation des cavités permet d’optimiser la répartition des cavités pour alléger et rigidifier le flasque sans pour autant trop le fragiliser.

[0056] Le maillage en nid d’abeille pourra être disposé au niveau de la face intérieure ou extérieure du fond du flasque. En variante le maillage en nid d’abeille pourra être disposé sur la face intérieure ou la face extérieure de la paroi latérale 3 du flasque.

[0057] Dans un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3, des pluralités de murets radiaux 43 s’étendent sur le fond 2 du flasque, radialement par rapport à l’axe X. Ces murets radiaux forment des bras de renfort et sont avantageusement situés sur la surface intérieure du fond 2 du flasque.

[0058] Les murets radiaux de ladite pluralité s’étendent par exemple depuis la paroi latérale 3 du flasque. Plus précisément une portion d’extrémité inférieure de la paroi latérale 30 st définie comme étant la portion de la paroi latérale qui s’étend du pourtour du fond 2, dans sa portion située axialement à proximité du fond 2. Les murets radiaux dits périphériques s’étendent depuis ladite portion d’extrémité inférieure de la paroi latérale 30, sur le fond du flasque, vers l’axe X. Les murets 4 sont angulairement répartis autour de l’axe X de la machine. Un angle compris entre 10° et 15° sépare angulairement deux murets adjacents. Un tel angle de séparation entre les murets permet d’optimiser la rigidification sans trop alourdir le flasque. L’angle entre deux murets adjacents est avantageusement sensiblement le même tout autour de l’axe. Les murets sont disposés sur une surface du fond définissant une couronne périphérique autour de l’axe X de la machine.

[0059] Le fond 2 du flasque comprend également un muret circonférentiel 44. Le muret circonférentiel s’étend axialement autour de l’axe de la machine et coupe au moins une partie des murets radiaux 43 de la première pluralité. Les cavités 40 sont alors définies par une partie de la portion d’extrémité inférieure de la paroi latérale 30 ainsi que par deux murets de renfort radiaux périphériques 43 et par une portion du muret circonférentiel 44. Les cavités définies par la pluralité de murets ont sensiblement toute les mêmes dimensions et la même géométrie.

[0060] Des oeillets percés axialement dans le muret circonférentiel permettent d’alléger le flasque et de faire en sorte que l’épaisseur de matière soit constante, pour des raisons de moulage. Une brusque variation d’épaisseur ou une forte épaisseur de matière impliquerait une difficulté de moulage due aux variations de température dans le moule, donc un risque de retassure ou manque matière

[0061] En combinaison, une deuxième pluralité de murets radiaux s’étend autour de l’axe X de la machine. Les murets de la deuxième pluralité sont angulairement répartis autour de l’axe de la machine sur une surface du fond définissant une couronne centrale autour de l’axe X.

[0062] L’ouverture centrale 20 comprend avantageusement un moyeu plastique 21. Le moyeu plastique s’étend transversalement au fond 2 du flasque dans la direction axiale formant un manchon. Le moyeu plastique comporte un élément en métal. Dans cet élément en métal on vient emmancher en force le roulement qui va soutenir l’arbre En variante le moyeu comportant un élément en métal est surmoulé sur le roulement. L’élément en métal permet une bonne fiabilité du roulement avant et une bonne maîtrise du serrage du roulement dans le moyeu

[0063] Les murets radiaux dit centraux 45 de la deuxième pluralité s’étendent depuis le moyeu 21 , vers la paroi latérale 3, sur le fond 2 du flasque.

[0064] Au moins une partie des murets radiaux centraux coupe le muret circonférentiel 44. Les cavités 4 sont alors définies par une portion du moyeu 21 ainsi que par deux murets de renfort radiaux centraux 45 et par une portion du muret circonférentiel 44. Les cavités définies par la pluralité de murets ont sensiblement toutes les mêmes dimensions et la même géométrie. [0065] Le rapport entre le nombre de murets radiaux périphériques 43 et le nombre de murets radiaux centraux 45 est avantageusement de l’ordre de 1.5.

[0066] En variante le flasque comprend plusieurs murets circonférentiels 44 disposés concentriquement autour de l’axe X. De tels murets 44 coupent les murets radiaux 43, 45 en définissant une pluralité de cavités 40.

[0067] Les murets 43, 45 ont une hauteur axiale qui décroit entre la paroi d’où ils s’étendent (c’est-à-dire la paroi latérale 2 ou le moyeu 21) et le muret circonférentiel 44. Un muret a par exemple une hauteur axiale qui décroit exponentiellement entre la paroi d’où il s’étend et le muret circonférentiel. Le muret circonférentiel a typiquement une hauteur de l’ordre de quelques millimètres, typiquement 10mm

[0068] Plus particulièrement le profil du muret radial central 45 présente, dans la direction radiale, une portion de hauteur axiale constante depuis le moyeu 21 puis une portion de hauteur axiale qui décroit exponentiellement jusqu’à atteindre la hauteur axiale du muret circonférentiel 44, à la jonction du muret radial 45 avec le muret circonférentiel 44.

[0069] Dans un mode préféré de réalisation, le flasque présente sur sa face de fond 2 côté extérieur, un maillage « en nid d’abeille » et sur sa face de fond côté intérieur des bras de renfort.

[0070] En variante les murets forment des cavités ouvertes.

[0071] Le flasque plastique décrit ci-dessus est avantageusement obtenu par moulage. Les jonctions entre fond 2 et moyeu 21 ou fond 2 et paroi latérale 3 sont légèrement arrondies, ne présentent pas des angles saillants. Dans un tel flasque obtenu par moulage les murets 4 sont donc venus de matière avec le fond 2 du flasque.

[0072] Afin de répondre aux exigences de solidité face aux contraintes thermique l’ajout d’éléments additionnels dans le plastique est envisagé. On utilise typiquement un matériau thermoplastique, ou un matériau plastique thermodurcissable ou encore un plastique chargé en fibre telle que de la fibre textile mécanique ou en charges telles que du carbone, du graphite, de la fibre de verre, de l’aluminium ou du cuivre. En variante on renforce le matériau plastique avec des éléments de renfort tels qu’un métal tel que de l’aluminium ou un alliage métallique au niveau du fond ou de la jupe du flasque. En variante le plastique est renforcé par du carbone ou une fibre textile ou une fibre animale ou végétale, telle que de la soie d’araignée ou du nerf de bœuf ou du kevlar ou chanvre. Ces éléments de renfort apportent un renfort très localisé dans des zones soumises à des contraintes particulièrement importantes. De plus de tels ajouts métalliques par exemple doivent se faire en très petite proportion pour ne pas risquer d’alourdir le poids du flasque.

[0073] En considérant que ce qui précède est la description du flasque avant 16, le flasque arrière 17 comporte également un fond muni en son centre du logement de réception du roulement arrière, et une paroi latérale s’étendant axialement vers la paroi latérale du flasque avant. Les flasques avant et arrière sont solidarisés l’une à l’autre de sorte à former tout ou partie du carter contenant la machine. [0074] La fixation des flasques 16, 17 entre eux ou une pièce intermédiaire pourra être réalisée au moyen d'organes de fixation, tels que des vis, traversant des oreilles trouées dépassant radialement de la paroi latérale du flasque et destinées à coopérer avec des trous taraudés correspondants ménagés dans des oreilles dépassant radialement de la paroi latérale de l’autre flasque ou de la pièce intermédiaire.

[0075] Le plastique étant isolant thermiquement on prévoit avantageusement un refroidissement par liquide tel que de l’huile ou de l’eau.

[0076] Dans une configuration avantageuse de machine illustrée à la figure 4, le flasque plastique avant 16 peut avantageusement présenter une double paroi latérale formant une chambre de refroidissement 160.

[0077] Plus précisément la paroi latérale du flasque avant est formée de deux parois annulaires radialement concentriques autour de l’axe X, une paroi radialement intérieure 31 et une paroi radialement extérieure 32. La paroi radialement intérieure 31 est positionnée en regard du bobinage et la paroi radialement extérieure 32 est positionnée en regard de l’extérieur. Chaque paroi 31 , 32 s’étend le long de l’axe X sous forme annulaire entre une extrémité reliée au fond 2. Les deux parois de la double paroi sont donc reliées entre elles au niveau du fond. Les extrémités libres des parois intérieure et extérieure sont les extrémités non reliées entre elles et non reliées à la paroi transversale.

[0078] Le flasque arrière 17 présente par exemple uniquement un fond sans extension sous forme d’une paroi latérale. La paroi latérale du flasque avant 3 couvre le stator 15 sur toute sa hauteur et le flasque arrière 17 est un couvercle sans paroi latérale, les flasques avant et arrière ne présentent pas de surface de recouvrement autour de l’axe X.

[0079] La chambre de refroidissement 160 est alors logée dans la paroi latérale du flasque avant, entre les deux parois concentriques. Le fond du flasque arrière 17 est en appui au niveau d’une zone périphérique sur l’extrémité libre de la paroi latérale du flasque avant, opposée au fond du flasque avant. Le fluide de refroidissement circule entre les deux parois concentriques.

[0080] La paroi concentrique extérieure 32 présente alors avantageusement des murets de renfort 4 formant au moins localement une structure en nid d’abeille. On limite ainsi le bruit magnétique.