FR3101209A1 - Synchronous machine rotor manifold comprising means for holding a winding wire. - Google Patents
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Abstract
Collecteur de rotor de machine synchrone comprenant un moyen de maintien d’un fil de bobinage. L’invention porte sur un collecteur (10) de rotor (20) de machine synchrone, le collecteur (10) comprenant une embase (11) destinée à venir au niveau d’un bobinage d’un tel rotor (20), caractérisé en ce que l’embase (11) comprend un moyen de maintien d’un fil (5) de bobinage destiné à venir au contact ou sensiblement au contact d’un tel fil (5), le moyen de maintien comprenant un pion (41) s’étendant depuis l’embase (11), notamment un pion (41) cylindrique ou sensiblement cylindrique d’axe de révolution (B) parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe de rotation du collecteur (10), le moyen de maintien comprenant une surépaisseur (43) s’étendant radialement vers l’extérieur. Figure d’abrégé : fig. 5Synchronous machine rotor manifold comprising means for holding a winding wire. The invention relates to a manifold (10) for a rotor (20) of a synchronous machine, the manifold (10) comprising a base (11) intended to come to the level of a winding of such a rotor (20), characterized in that the base (11) comprises a means for holding a winding wire (5) intended to come into contact or substantially into contact with such a wire (5), the holding means comprising a pin (41) extending from the base (11), in particular a cylindrical or substantially cylindrical pin (41) with an axis of revolution (B) parallel or substantially parallel to the axis of rotation of the collector (10), the holding means comprising an extra thickness (43) extending radially outwards. Abstract figure: fig. 5
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
L’invention concerne un collecteur de rotor de machine synchrone. L’invention porte aussi sur un rotor comprenant un tel collecteur. L’invention porte aussi sur une machine synchrone comprenant un tel rotor et/ou un tel collecteur. L’invention porte encore sur un véhicule comprenant une telle machine synchrone et/ou un tel rotor et/ou un tel collecteur. L’invention porte enfin sur un procédé d’assemblage d’un tel rotor.The invention relates to a synchronous machine rotor commutator. The invention also relates to a rotor comprising such a commutator. The invention also relates to a synchronous machine comprising such a rotor and/or such a commutator. The invention also relates to a vehicle comprising such a synchronous machine and/or such a rotor and/or such a commutator. The invention finally relates to a method for assembling such a rotor.
Etat de la technique antérieureState of the prior art
Une machine synchrone, en particulier une machine de traction électrique de véhicule automobile, comprend généralement un rotor. Un tel rotor peut comprendre un collecteur et un arbre assemblés de manière coaxiale ou sensiblement coaxiale. Un tel rotor comprend encore au moins un bobinage. Le bobinage comprend généralement du fil de cuivre. Le collecteur est généralement muni de bagues de cuivre. Un tel rotor bobiné tourne généralement à des vitesses élevées, par exemple de l’ordre de 14000 tours par minute. De telles vitesses entraînent des sollicitations mécaniques importantes sur toutes les pièces du rotor, en particulier au niveau de son collecteur. Une partie spécialement fragile est le fil de cuivre du bobinage, notamment du fait de sa faible section. En effet, dans le cœur du rotor, le fil de cuivre est imprégné et reste dans un bloc solide alors qu’au niveau du passage entre les pôles et au niveau des connexions du premier pôle (positif) et du dernier pôle (négatif), le fil de cuivre est tenu entre deux points. Dans les zones de connexion des pôles positif et négatif avec le collecteur, le fil de cuivre est généralement serti par le biais de crochets en cuivre.A synchronous machine, in particular a motor vehicle electric traction machine, generally comprises a rotor. Such a rotor may comprise a commutator and a shaft assembled coaxially or substantially coaxially. Such a rotor further comprises at least one winding. The winding usually includes copper wire. The commutator is usually provided with copper rings. Such a wound rotor generally rotates at high speeds, for example of the order of 14,000 revolutions per minute. Such speeds lead to significant mechanical stresses on all the parts of the rotor, in particular at the level of its commutator. A particularly fragile part is the copper wire of the winding, in particular because of its small section. Indeed, in the heart of the rotor, the copper wire is impregnated and remains in a solid block whereas at the level of the passage between the poles and at the level of the connections of the first pole (positive) and the last pole (negative), the copper wire is held between two points. In the connection areas of the positive and negative poles with the collector, the copper wire is usually crimped through copper hooks.
Ainsi, l’assemblage du collecteur sur l’arbre est particulièrement délicat. En particulier, le sertissage des connexions du fil de cuivre sur les crochets a un impact important sur la compacité axiale du rotor du fait de l’encombrement important de l’outillage pour le réaliser. Le dessin du collecteur doit de plus assurer que le fil de cuivre ne se coince pas pendant le process d’assemblage tout en assurant des distances d’isolement suffisantes par rapport aux pièces conductrices environnantes, dont l’arbre. Il est aussi important que le fil sortant de la connexion de départ reste à une distance d’isolement suffisante de l’arrivée du fil à la connexion de sortie.Thus, the assembly of the commutator on the shaft is particularly delicate. In particular, the crimping of the copper wire connections on the hooks has a significant impact on the axial compactness of the rotor due to the large size of the tooling required to produce it. The design of the commutator must also ensure that the copper wire does not get caught during the assembly process while ensuring sufficient insulation distances from surrounding conductive parts, including the shaft. It is also important that the wire coming out of the outgoing connection remains at a sufficient isolation distance from the incoming wire to the outgoing connection.
Présentation de l'inventionPresentation of the invention
Le but de l’invention est de fournir un collecteur de rotor de machine synchrone remédiant aux inconvénients ci-dessus. En particulier, l’invention permet de rendre l’assemblage d’un collecteur sur un arbre de rotor en assurant l’accessibilité de l’outillage de sertissage et la compacité axiale du rotor tout en conservant des distances d’isolement suffisantes.The object of the invention is to provide a synchronous machine rotor commutator remedying the above drawbacks. In particular, the invention makes it possible to make the assembly of a commutator on a rotor shaft by ensuring the accessibility of the crimping tooling and the axial compactness of the rotor while maintaining sufficient isolation distances.
Pour atteindre cet objectif, l’invention porte sur un collecteur de rotor ayant un axe de rotation, notamment un collecteur de rotor de machine synchrone, le collecteur comprenant une embase destinée à venir au niveau d’un bobinage d’un tel rotor, notamment une embase cylindrique ou sensiblement cylindrique d’axe confondu ou sensiblement confondu avec l’axe de rotation, l’embase comprenant un moyen de maintien d’un fil de bobinage destiné à venir au contact ou sensiblement au contact d’un tel fil, le moyen de maintien comprenant un pion s’étendant depuis l’embase, notamment un pion cylindrique ou sensiblement cylindrique d’axe de révolution parallèle ou sensiblement parallèle à l’axe de rotation du collecteur, le moyen de maintien comprenant une surépaisseur s’étendant radialement vers l’extérieur.To achieve this objective, the invention relates to a rotor commutator having an axis of rotation, in particular a synchronous machine rotor commutator, the commutator comprising a base intended to come to the level of a winding of such a rotor, in particular a cylindrical or substantially cylindrical base whose axis coincides or substantially coincides with the axis of rotation, the base comprising a means for holding a winding wire intended to come into contact or substantially into contact with such a wire, the holding means comprising a pin extending from the base, in particular a cylindrical or substantially cylindrical pin with an axis of revolution parallel or substantially parallel to the axis of rotation of the collector, the holding means comprising an extra thickness extending radially outwards.
Le moyen de maintien peut comprendre un ergot en saillie radiale vers l’extérieur, notamment un ergot ménagé sur la surépaisseur.The holding means may comprise a lug projecting radially outwards, in particular a lug provided on the additional thickness.
L’embase peut comprendre au moins un crochet destiné à permettre la connexion d’un fil de bobinage.The base may include at least one hook intended to allow the connection of a winding wire.
Le collecteur peut être réalisé principalement en un matériau non conducteur de l’électricité, notamment en matière plastique, avec ajout d’au moins un insert comprenant l’au moins un crochet en un matériau conducteur de l’électricité.The collector can be made mainly of an electrically non-conductive material, in particular of plastic material, with the addition of at least one insert comprising the at least one hook made of an electrically conductive material.
L’invention porte encore sur un rotor, notamment un rotor de machine synchrone, comprenant :
- un collecteur tel que défini précédemment,
- un arbre de rotor,
- au moins un bobinage comprenant au moins un fil.The invention also relates to a rotor, in particular a synchronous machine rotor, comprising:
- a collector as defined previously,
- a rotor shaft,
- At least one winding comprising at least one wire.
L’invention porte encore sur une machine synchrone, notamment un moteur électrique de traction, comprenant un rotor tel que défini précédemment et/ou un collecteur tel que défini précédemment.The invention also relates to a synchronous machine, in particular an electric traction motor, comprising a rotor as defined above and/or a commutator as defined above.
L’invention porte encore sur un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant une machine synchrone telle que définie précédemment et/ou un rotor tel que défini précédemment et/ou un collecteur tel que défini précédemment.The invention also relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising a synchronous machine as defined above and/or a rotor as defined above and/or a commutator as defined above.
L’invention porte encore sur un procédé d’assemblage d’un rotor tel que défini précédemment, comprenant :
- une première étape d’insertion d’un collecteur sur un arbre de rotor par translation ou sensiblement par translation suivant l’axe de rotation jusqu’à une position intermédiaire de sorte à permettre le passage d’un outillage destiné à assurer un sertissage à froid et/ou à chaud,
- une étape de sertissage à froid d’au moins un crochet sur au moins un fil,
- une étape d’enroulement d’un fil de sorte à obtenir un bobinage,
- une étape de sertissage à chaud de l’au moins un crochet sur l’au moins un fil,
- une deuxième étape d’insertion du collecteur sur l’arbre depuis la position intermédiaire jusqu’à une position finale par translation ou sensiblement par translation suivant l’axe de rotation au cours de laquelle l’au moins un fil demeure au contact ou sensiblement au contact d’un pion, notamment d’une surface radiale externe du pion.The invention also relates to a method for assembling a rotor as defined previously, comprising:
- a first step of inserting a commutator on a rotor shaft by translation or substantially by translation along the axis of rotation up to an intermediate position so as to allow the passage of a tool intended to ensure crimping at cold and/or hot,
- a step of cold crimping at least one hook on at least one wire,
- a step of winding a wire so as to obtain a winding,
- a step of hot crimping the at least one hook on the at least one wire,
- a second step of inserting the commutator on the shaft from the intermediate position to a final position by translation or substantially by translation along the axis of rotation during which the at least one wire remains in contact or substantially in contact with a peg, in particular an outer radial surface of the peg.
Présentation des figuresPresentation of figures
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :These objects, characteristics and advantages of the present invention will be explained in detail in the following description of a particular embodiment given on a non-limiting basis in relation to the attached figures, among which:
Description détailléedetailed description
La figure 1 illustre schématiquement un véhicule 1, par exemple un véhicule automobile. Le véhicule 1 comprend une machine synchrone 30, par exemple un moteur électrique de traction. La machine synchrone 30 comprend un rotor 20. Le rotor 20 comprend un collecteur 10, aussi appelé « slipring » ou « slip ring » (termes anglo-saxon), et un arbre 2. Le collecteur 10 et l’arbre 2 sont assemblés de manière coaxiale, ou sensiblement coaxiale, selon un axe de rotation A autour duquel le rotor est destiné à tourner. Comme illustré sur les figures 1 et 2, le rotor 20 comprend au moins un bobinage 25. Le bobinage 25 comprend un fil de cuivre 5. Comme illustré sur la figure 3, le collecteur 10 comprend de préférence au moins une bague de cuivre 12.Figure 1 schematically illustrates a vehicle 1, for example a motor vehicle. The vehicle 1 comprises a synchronous machine 30, for example an electric traction motor. The synchronous machine 30 comprises a rotor 20. The rotor 20 comprises a commutator 10, also called "slipring" or "slip ring" (Anglo-Saxon terms), and a shaft 2. The commutator 10 and the shaft 2 are assembled coaxially, or substantially coaxially, along an axis of rotation A around which the rotor is intended to rotate. As shown in Figures 1 and 2, rotor 20 includes at least one winding 25. Winding 25 includes copper wire 5. As shown in Figure 3, commutator 10 preferably includes at least one copper ring 12.
Plus précisément, comme illustré sur les figures 1 à 6, le collecteur 10 comprend une embase 11. L’embase 11 est destinée à venir au niveau, ou à proximité du bobinage 25 du rotor 20. De préférence, l’embase 11 est cylindrique, ou sensiblement cylindrique. Avantageusement, l’embase 11 a un axe confondu, ou sensiblement confondu, avec l’axe de rotation A du rotor 20. L’embase 11 comprend un moyen de maintien 40 du fil 5 de bobinage 25. Le moyen de maintien 40 est destiné à venir au contact, ou sensiblement au contact, du fil 5. Comme illustré sur les figures 1, 3, 4, 5 et 6, de préférence, le moyen de maintien 40 comprend un pion 41 ou axe de guidage. Le pion 41 s’étend par exemple depuis l’embase 11. De préférence, le pion 41 est cylindrique, ou sensiblement cylindrique, d’axe de révolution B. L’axe de révolution B est par exemple parallèle, ou sensiblement parallèle, à l’axe de rotation A du rotor. La section du pion 41 est donc de préférence circulaire. Alternativement, la section du pion 41 peut être par exemple ovale. De préférence le pion 41 est dépourvu d’arête au niveau d’une surface de contact 42 entre le pion 41 et le fil 5 illustrée en particulier sur les figures 4, 5 et 9.More specifically, as illustrated in Figures 1 to 6, the collector 10 comprises a base 11. The base 11 is intended to come at or near the winding 25 of the rotor 20. Preferably, the base 11 is cylindrical , or substantially cylindrical. Advantageously, the base 11 has an axis coinciding, or substantially coinciding, with the axis of rotation A of the rotor 20. The base 11 comprises means 40 for holding the wire 5 of the winding 25. The means for holding 40 is intended to come into contact, or substantially into contact, with the wire 5. As illustrated in FIGS. 1, 3, 4, 5 and 6, the holding means 40 preferably comprises a pin 41 or guide pin. The pin 41 extends for example from the base 11. Preferably, the pin 41 is cylindrical, or substantially cylindrical, with an axis of revolution B. The axis of revolution B is for example parallel, or substantially parallel, to the axis of rotation A of the rotor. The section of the pin 41 is therefore preferably circular. Alternatively, the section of the pin 41 may for example be oval. Preferably the pin 41 has no edge at a contact surface 42 between the pin 41 and the wire 5 illustrated in particular in Figures 4, 5 and 9.
Avantageusement, comme illustré en particulier sur la figure 4, le moyen de maintien 40 comprend une surépaisseur 43 s’étendant radialement vers l’extérieur. En d’autres termes, la surépaisseur 43 est une partie s’excentrant à partir d’un premier rayon extérieur R1 de l’embase 11 jusqu’à un deuxième rayon extérieur R2 de l’embase 11. De préférence, le rayon R2 tangente, ou tangente sensiblement, le pion 41 au niveau de la surface 42 de contact entre le pion 41 et le fil 5. Quoi qu’il en soit, le rayon R2 est supérieur au rayon R1. La surépaisseur 43 permet d’écarter le fil 5 radialement par rapport à l’arbre afin de garantir une distance d’isolement suffisante entre le fil 5 et l’arbre conducteur 2, en particulier lorsque le fil quitte l’embase 11. L’épaisseur nécessaire est à juger en fonction des distances d’isolement spécifiques aux contraintes du produit.Advantageously, as illustrated in particular in Figure 4, the holding means 40 comprises an extra thickness 43 extending radially outwards. In other words, the extra thickness 43 is a part offsetting from a first outer radius R1 of the base 11 to a second outer radius R2 of the base 11. Preferably, the radius R2 tangent , or substantially tangent, pin 41 at surface 42 of contact between pin 41 and wire 5. Be that as it may, radius R2 is greater than radius R1. The extra thickness 43 makes it possible to space the wire 5 radially with respect to the shaft in order to guarantee a sufficient isolation distance between the wire 5 and the conductive shaft 2, in particular when the wire leaves the base 11. necessary thickness is to be judged according to the insulation distances specific to the constraints of the product.
Comme illustré en particulier sur les figures 1, 2, 3, 5 et 6, le moyen de maintien 40 comprend de préférence un ergot 45 ou protubérance. L’ergot 45 est en saillie radiale, c’est-à-dire s’étendant radialement vers l’extérieur de l’embase 11. Avantageusement, l’ergot 45 est ménagé sur la surépaisseur 43.As illustrated in particular in Figures 1, 2, 3, 5 and 6, the holding means 40 preferably comprises a lug 45 or protrusion. The lug 45 projects radially, that is to say extending radially outwards from the base 11. Advantageously, the lug 45 is provided on the extra thickness 43.
L’embase 11 comprend au moins un crochet 15 destiné à permettre la connexion d’une première extrémité du fil 5 avec le collecteur 10. De préférence, l’embase 11 comprend encore un crochet 15’ destiné à permettre la connexion d’une deuxième extrémité du fil 5 avec le collecteur 10.The base 11 comprises at least one hook 15 intended to allow the connection of a first end of the wire 5 with the collector 10. Preferably, the base 11 further comprises a hook 15' intended to allow the connection of a second end of wire 5 with collector 10.
Avantageusement, le collecteur 10 est majoritairement réalisé en un matériau non conducteur de l’électricité, par exemple en matière plastique. Un insert 14, 14’ illustré sur la figure 3, comprend par exemple le crochet 15, 15’ et est de préférence intégré au cours de l’obtention du collecteur. Le mode d’obtention du collecteur est par exemple l’injection. L’insert 14 et le crochet 15 sont en matériau conducteur de l’électricité, par exemple en cuivre. Les inserts sont reliés électriquement aux bagues conductrices 12 du collecteur 10 par des fils ou busbars conducteurs moulés dans les branches du collecteur 10.Advantageously, the collector 10 is mostly made of a material that does not conduct electricity, for example plastic. An insert 14, 14' shown in Figure 3, includes for example the hook 15, 15' and is preferably integrated during the obtaining of the collector. The method of obtaining the collector is, for example, injection. The insert 14 and the hook 15 are made of electrically conductive material, for example copper. The inserts are electrically connected to the conductive rings 12 of the collector 10 by conductive wires or busbars molded into the branches of the collector 10.
Un mode d’exécution d’un procédé d’assemblage du rotor 20 va maintenant être décrite.An embodiment of a method for assembling the rotor 20 will now be described.
Dans une première étape, on insère le collecteur 10 sur l’arbre 2 par translation, ou sensiblement par translation, suivant l’axe de rotation A jusqu’à une position intermédiaire PI du collecteur 10 par rapport à l’arbre 2, comme illustré sur les figures 2 et 5. Dans cette position intermédiaire, un jeu J selon l’axe A est laissé entre le dessous du crochet 15, 15’ et une surface 29 agencée au-dessus du guide 28 de bobinage qui sert à bobiner.In a first step, the collector 10 is inserted on the shaft 2 by translation, or substantially by translation, along the axis of rotation A up to an intermediate position PI of the collector 10 with respect to the shaft 2, as illustrated in FIGS. 2 and 5. In this intermediate position, a clearance J along axis A is left between the underside of hook 15, 15' and a surface 29 arranged above winding guide 28 which is used for winding.
Ensuite, une étape de sertissage, de préférence à froid, est réalisée. A noter que cette étape de sertissage peut se faire alternativement, ou en complément, à chaud. Le crochet 15 est serti sur le fil 5 ou le crochet 15’ est serti sur le fil 5, autrement dit on ne sertit qu’une seule extrémité du fil 5.Then, a crimping step, preferably cold, is carried out. Note that this crimping step can be done alternatively, or in addition, hot. Hook 15 is crimped on wire 5 or hook 15' is crimped on wire 5, in other words only one end of wire 5 is crimped.
Ensuite, une étape d’enroulement du fil 5 permet d’obtenir le bobinage 25. En effet, la position intermédiaire PI permet non seulement de sertir à froid mais également de bobiner. Le fil est donc serti à froid au préalable pour être maintenu pendant le bobinage. A la fin du bobinage, le fil 5 est serti à froid dans le crochet 15 ou le crocher 15’ suivant le crochet choisi pour commencer. Une fois le bobinage terminé, des contacts électriques entre les crochets et le fil sont créés par le biais d’un sertissage à chaud de préférence. A noter que cette étape de sertissage peut se faire alternativement seulement à froid.Then, a step of winding the wire 5 makes it possible to obtain the winding 25. Indeed, the intermediate position PI not only allows cold crimping but also winding. The wire is therefore crimped cold beforehand to be maintained during winding. At the end of the winding, wire 5 is crimped cold in hook 15 or hook 15' depending on the hook chosen to start. Once the winding is complete, electrical contacts between the hooks and the wire are created through hot crimping preferably. Note that this crimping step can only be done cold.
Suite à l’étape d’enroulement, l’étape de sertissage à chaud est donc réalisée, comme illustré sur les figures 7 et 8. L’outillage de sertissage muni de préférence de deux éléments 6, 7, ou électrodes, plie le crochet 15, 15’ autour du fil 5 de sorte à obtenir un angle α. Le crochet 15 est serti sur le fil 5 et le crochet 15’ est serti sur le fil 5.Following the winding step, the hot crimping step is therefore carried out, as illustrated in FIGS. 7 and 8. The crimping tool preferably provided with two elements 6, 7, or electrodes, bends the hook 15, 15' around wire 5 so as to obtain an angle α. Hook 15 is crimped on wire 5 and hook 15' is crimped on wire 5.
Pendant ce sertissage à chaud en particulier, un espace conséquent est utile pour permettre le passage des outillages de la machine. Le jeu J évoqué précédemment, illustré sur la figure 2, est donc prévu pour permettre le passage de l’outillage, le positionner et sertir correctement, le collecteur étant en position intermédiaire PI par rapport à la pièce de guidage pour le bobinage 28.During this hot crimping in particular, a large space is useful to allow the passage of the machine tools. The play J mentioned above, illustrated in Figure 2, is therefore provided to allow the passage of the tool, position it and crimp it correctly, the collector being in the intermediate position PI with respect to the guide piece for the winding 28.
En effet, l’espace nécessaire à l’outillage est en dessous du crochet. Ainsi, dans cette position intermédiaire, le jeu J selon la direction de l’axe A est laissé entre les crochets 15 / 15’ et la pièce de guidage pour le bobinage 28 afin d’offrir de la place pour l’outil de sertissage final du fil 5 dans les crochets. Les outillages exercent la pression pour fermer les crochets et injectent un courant pour chauffer la surface 15B et faire fondre l’émail et souder le cuivre du fil 5 avec le crochet du collecteur dans la surface 15A, comme illustré sur la figure 7. Pour optimiser le sertissage à chaud et assurer une bonne conduction électrique, le fil 5 de cuivre est de préférence positionné au fond du crochet, comme illustré sur la figure 8.Indeed, the space required for the tooling is below the hook. Thus, in this intermediate position, the play J in the direction of the axis A is left between the hooks 15 / 15 'and the guide piece for the winding 28 in order to provide space for the final crimping tool yarn 5 in the hooks. The toolings exert the pressure to close the hooks and inject a current to heat the surface 15B and melt the enamel and solder the copper of the wire 5 with the hook of the commutator in the surface 15A, as shown in Figure 7. To optimize hot crimping and ensure good electrical conduction, the copper wire 5 is preferably positioned at the bottom of the hook, as shown in Figure 8.
Enfin, on procède à une deuxième étape d’insertion du collecteur 10 sur l’arbre 2 depuis la position intermédiaire PI jusqu’à une position finale PF, illustrée en particulier sur les figures 1, 6 et 9. Cette deuxième étape d’insertion se fait par translation, ou sensiblement par translation, suivant l’axe de rotation A. Au cours de cette étape d’insertion, le fil 5 demeure au contact, ou sensiblement au contact, du pion 41, en particulier au contact de la surface externe 42 du pion 41, pouvant aller jusqu’à se positionner sur la surface 43 du collecteur. Autrement dit le collecteur est emmanché en position finale PF, par exemple en butée sur l’arbre 2 par contact de la surface 13 du collecteur avec la surface 3 de l’arbre 2. Bien que le fil ait été fixé et tendu dans la position intermédiaire PI et que le fil se détende lors du passage vers la position finale PF, le pion 41 guide le fil pour qu’il ne passe pas en dessous du collecteur 10 et évite tout mauvais positionnement pendant l’emmanchement en position finale PF. Sans ce pion 41, le fil 5 pourrait se retrouver coincé sous le collecteur 10 lors de l’emmanchement en position finale PF et risquerait de s’arracher du crochet ou de rentrer en contact avec l’arbre 2 en matière conductrice.Finally, a second step of inserting the commutator 10 onto the shaft 2 is carried out from the intermediate position PI to a final position PF, illustrated in particular in FIGS. 1, 6 and 9. This second step of inserting is done by translation, or substantially by translation, along the axis of rotation A. During this insertion step, the wire 5 remains in contact, or substantially in contact, with the pin 41, in particular in contact with the surface external 42 of the pin 41, which can go so far as to position itself on the surface 43 of the collector. In other words, the commutator is fitted in the final position PF, for example in abutment on the shaft 2 by contact of the surface 13 of the commutator with the surface 3 of the shaft 2. Although the wire has been fixed and stretched in the position intermediary PI and that the wire relaxes during the passage towards the final position PF, the pin 41 guides the wire so that it does not pass below the collector 10 and avoids any bad positioning during fitting in the final position PF. Without this pin 41, the wire 5 could get stuck under the commutator 10 when fitting in the final position PF and could tear off the hook or come into contact with the shaft 2 made of conductive material.
Avantageusement, un ou plusieurs espaces ou dégagements sont ménagés dans les pièces environnantes sur la trajectoire du pion 41 afin de permettre son passage lors de l’emmanchement en position finale PF. Par exemple, comme illustré sur la figure 6, une ou de préférence plusieurs encoches 24 sont ménagées dans le guide de bobinage 28. Cela permet en particulier de gagner en compacité selon la direction axiale du rotor, c’est-à-dire sur la longueur totale du rotor. En effet, le pion 41 associé à l’une des encoches 24 permettent la double insertion, ou double emmanchement, du collecteur 10 sur l’arbre 2. Plus précisément, le pion 41 empêche que le fil 5 passe sous le collecteur alors que l’encoche 24 associée permet de ne pas limiter la course d’emmanchement du collecteur 10 et ainsi permet d’atteindre la position finale PF. Autrement dit l’encoche 24 coopère avec le pion 41 de sorte que le pion ne vienne pas buter contre le guide 28 de bobinage.Advantageously, one or more spaces or clearances are provided in the surrounding parts on the trajectory of the pin 41 in order to allow its passage during fitting in the final position PF. For example, as illustrated in FIG. 6, one or preferably several notches 24 are made in the winding guide 28. total rotor length. Indeed, the pin 41 associated with one of the notches 24 allow the double insertion, or double fitting, of the collector 10 on the shaft 2. More precisely, the pin 41 prevents the wire 5 from passing under the collector while the the associated notch 24 makes it possible not to limit the fitting stroke of the collector 10 and thus makes it possible to reach the final position PF. In other words, the notch 24 cooperates with the pin 41 so that the pin does not abut against the winding guide 28.
Ainsi, malgré le fait que le rotor 20 tourne à des vitesses élevées de l’ordre de 14000 tours par minute par exemple, bien que le fil de cuivre du bobinage ait une faible section, il est durablement fixé. Même au niveau du passage entre les pôles et au niveau des connexions du premier pôle (positif) et du dernier pôle (négatif), le fil de cuivre est fermement maintenu.Thus, despite the fact that the rotor 20 rotates at high speeds of the order of 14,000 revolutions per minute for example, although the copper wire of the winding has a small section, it is permanently fixed. Even at the passage between the poles and at the connections of the first pole (positive) and the last pole (negative), the copper wire is firmly held.
En outre, la surface 42 du pion 41, exempte d’arête de préférence, permet de minimiser le frottement entre le fil 5 et le pion 41 et par conséquent de réduire, voire supprimer, toute abrasion du fil 5, en particulier au cours de la deuxième étape d’insertion, c’est-à-dire le passage de la position intermédiaire PI à la position finale PF du collecteur 10 sur l’arbre 2.In addition, the surface 42 of the pin 41, preferably free of edges, makes it possible to minimize the friction between the wire 5 and the pin 41 and consequently to reduce, or even eliminate, any abrasion of the wire 5, in particular during the second insertion step, that is to say the passage from the intermediate position PI to the final position PF of the collector 10 on the shaft 2.
L’ergot 45 de maintien du fil permet de garantir une distance d’isolement suffisante entre le fil 5 d’un côté du bobinage et le fil 5 de l’autre côté.The lug 45 for holding the wire guarantees a sufficient insulation distance between wire 5 on one side of the winding and wire 5 on the other side.
Ainsi, malgré le fait que le collecteur soit assemblé sur l’arbre de rotor en deux temps, notamment du fait du chemin de bobinage spécifique et/ou dans le but de réduire au maximum la longueur du rotor, le collecteur 10 sécurise cet assemblage en particulier en termes de risque de contact électrique dommageable et de mauvais positionnement. Bien que le fil se relâche du fait de l’enfoncement du collecteur en position finale PF alors que le bobinage est réalisé, tout mauvais positionnement du fil par rapport à des pièces conductrices comme l’arbre et tout arrachement du fil pendant la seconde phase de l’emmanchement sont évités, en particulier grâce au pion 41. La robustesse du process de double insertion du collecteur et la sécurité s’en trouve renforcées, un mauvais positionnement du fil pouvant créer une pièce mauvaise au cours du process et un contact franc ou une distance d’isolement insuffisante entre le cuivre et l’arbre pouvant créer jusqu’à un court-circuit électrique à la masse du rotor et en conséquence la panne de la machine électrique.Thus, despite the fact that the commutator is assembled on the rotor shaft in two stages, in particular due to the specific winding path and/or with the aim of reducing the length of the rotor as much as possible, the commutator 10 secures this assembly by particular in terms of the risk of damaging electrical contact and poor positioning. Although the wire relaxes due to the sinking of the collector in the final position PF while the winding is carried out, any bad positioning of the wire in relation to conductive parts such as the shaft and any tearing of the wire during the second phase of fitting are avoided, in particular thanks to pin 41. The robustness of the double insertion process of the commutator and the safety are thereby reinforced, a bad positioning of the wire being able to create a bad part during the process and a frank contact or an insufficient insulation distance between the copper and the shaft which could even create an electrical short-circuit to the ground of the rotor and consequently the breakdown of the electrical machine.
Comme illustré sur la figure 9, le pion 41 de maintien, en position finale PF, laisse un écart E par rapport à un anneau d’arrêt axial 26 d’un empilage de tôles 27, aussi appelé « stack » (terme anglo saxon). Cet écart E respecte en outre la chaîne de cotes de positionnement du procédé d’assemblage.As illustrated in Figure 9, the holding pin 41, in the final position PF, leaves a gap E with respect to an axial stop ring 26 of a stack of sheets 27, also called "stack" (Anglo Saxon term) . This gap E also respects the chain of positioning dimensions of the assembly process.
En résumé, le collecteur crée une isolation du fil de cuivre avec la masse, aussi bien en cours de fonctionnement du rotor que pendant l’assemblage du collecteur sur l’arbre. Il assure aussi la robustesse du process en guidant le fil lors des différentes phases d’emmanchement du collecteur. Cette isolation est en partie induite par la méthode de sertissage. En effet, une barrière physique, c’est-à-dire l’embase 11, entre le fil de cuivre et l’acier de l’arbre évite le contact entre eux, en particulier en position intermédiaire du collecteur. La surépaisseur 43 permet d’avoir une sur-longueur ou brin mou de fil minimal au moment de l’insertion du collecteur vers la position finale. Il en résulte que lorsque le collecteur est en position finale, le fil demeure sans tension et peut ainsi remonter le long du pion de maintien 41. Ceci évite en particulier tout contact du fil de connexion fixé au crochet positif avec le crochet négatif. L’ergot 45 ménagé sur l’embase 11 garantit quant à lui que le fil reste toujours au-dessous du crochet négatif à une distance d’isolement suffisante du crochet opposé, l’ergot 45 permettant d’empêcher le fil 5 de remonter trop haut lors de l’étape de déplacement du collecteur de la position intermédiaire vers la position finale.In summary, the commutator creates insulation of the copper wire from ground, both during rotor operation and during assembly of the commutator to the shaft. It also ensures the robustness of the process by guiding the wire during the various fitting phases of the commutator. This insulation is partly induced by the crimping method. Indeed, a physical barrier, that is to say the base 11, between the copper wire and the steel of the shaft avoids contact between them, in particular in the intermediate position of the commutator. The overthickness 43 makes it possible to have a minimum excess length or slack wire when inserting the collector towards the final position. As a result, when the collector is in the final position, the wire remains without tension and can thus go up along the retaining pin 41. This in particular avoids any contact of the connection wire fixed to the positive hook with the negative hook. The lug 45 provided on the base 11 guarantees that the wire always remains below the negative hook at a sufficient isolation distance from the opposite hook, the lug 45 making it possible to prevent the wire 5 from going up too high during the step of moving the collector from the intermediate position to the final position.
Bien que le collecteur agencé à une cote haute, autrement dit avec sa surface 13 éloignée de la surface 3 de l’arbre 2, engendre d’une part la possibilité que le fil passe sous le collecteur et touche l’arbre et d’autre part que la sur-longueur de fil de cuivre soit importante, l’embase 11 du collecteur selon le mode de réalisation écarte ces problématiques.Although the collector arranged at a high level, in other words with its surface 13 remote from the surface 3 of the shaft 2, generates on the one hand the possibility that the wire passes under the collector and touches the shaft and on the other Apart from the extra length of copper wire being significant, the base 11 of the collector according to the embodiment eliminates these problems.
Comme illustré sur la figure 5, la position du fil de cuivre 5 à la sortie du crochet de sertissage jusqu’au pôle correspondant, quand le collecteur est emmanché à la position intermédiaire, c’est-à-dire la plus haute de la chaîne de cotes, est assurée par le pion 41. En effet, le pion de maintien 41 empêche le fil de passer sous le collecteur, d’être arraché, d’être trop long ou encore d’être abimé lors de la seconde insertion du collecteur.As shown in Figure 5, the position of the copper wire 5 at the output of the crimping hook to the corresponding pole, when the collector is fitted to the intermediate position, that is to say the highest in the chain of dimensions, is ensured by the pin 41. Indeed, the holding pin 41 prevents the wire from passing under the collector, from being torn, from being too long or even from being damaged during the second insertion of the collector .
A noter que la longueur du pion 41 est déterminée de sorte à éviter toute interférence avec les pièces environnantes lors de l’emmanchement en position finale, comme par exemple un anneau d’arrêt 26 et/ou l’empilage 27. En cas de pion 41 trop court avec une course entre la position intermédiaire et la position finale importante, le fil risquerait de passer sous le collecteur 10. En cas de pion trop long, une interférence du pion sur l’anneau d’arrêt 26 en position finale du collecteur engendrerait une mise en contrainte préjudiciable. Avantageusement, des espaces de passage pour le pion 41 sont aménagés dans certaines pièces afin d’assurer une longueur suffisante, comme par exemple l’espace 24 ménagé dans le guide bobinage plastique 28.It should be noted that the length of the pin 41 is determined so as to avoid any interference with the surrounding parts during fitting in the final position, such as for example a stop ring 26 and/or the stack 27. In the case of a pin 41 too short with a race between the intermediate position and the important final position, the wire could pass under the collector 10. If the pin is too long, an interference of the pin on the stop ring 26 in the final position of the collector would result in a detrimental constraint. Advantageously, passage spaces for the pin 41 are arranged in certain parts in order to ensure sufficient length, such as for example the space 24 provided in the plastic winding guide 28.
La solution limite un débattement important du fil qui génère des dessertissages et des casses, en particulier au niveau des connexions. Grâce à l’association de la surépaisseur 43, du pion 41 et de l’ergot 45, une sur-longueur de fil trop importante est évitée une fois le collecteur en position finale.The solution limits a significant deflection of the wire which generates loosening and breakage, in particular at the level of the connections. Thanks to the combination of the extra thickness 43, the pin 41 and the lug 45, excessive excess wire length is avoided once the commutator is in the final position.
La solution est compatible avec un guide tête de bobine 28, illustré sur la figure 9, qui assure notamment le centrage de tout le bobinage et est en contact avec l’arbre 2.The solution is compatible with a coil head guide 28, illustrated in figure 9, which in particular ensures the centering of the entire winding and is in contact with the shaft 2.
En remarque, la solution selon l’invention atteint donc l’objectif recherché d’assurer le passage de l’outillage de sertissage en position intermédiaire PI. Ceci tout en permettant d’emmancher le collecteur en position finale sans risque que le fil ne passe sous le collecteur et ne s’abîme pendant ce second emmanchement. Enfin, la solution permet de gagner en compacité suivant l’axe du rotor, le pion de maintien se retrouvant escamoté dans des espaces prévus en position finale, tout en écartant les risques de contacts inopinés aussi bien lors de cet assemblage qu’ultérieurement entre le fil de cuivre et l’arbre ou encore entre les connexions positive et négative, et présente les avantages suivants :
- le coût est particulièrement faible ;
- seules quelques modifications consistant à des ajouts de matière au niveau de l’embase suffisent ainsi que l’aménagement des pièces environnantes pour laisser passer le pion de maintien 41 ;
- les modifications de l’empreinte du moule d’obtention du collecteur peuvent être réalisées rapidement ;
- les contraintes pour le fournisseur, à savoir les parties les plus coûteuses du collecteur, restent les crochets et les bagues en cuivre.As a side note, the solution according to the invention therefore achieves the desired objective of ensuring the passage of the crimping tool in the intermediate position PI. This while allowing the collector to be fitted in the final position without the risk of the wire passing under the collector and being damaged during this second fitting. Finally, the solution makes it possible to gain in compactness along the axis of the rotor, the retaining pin being retracted into spaces provided in the final position, while eliminating the risk of unexpected contact both during this assembly and later between the copper wire and the shaft or between the positive and negative connections, and has the following advantages:
- the cost is particularly low;
- Only a few modifications consisting of additions of material at the level of the base are sufficient as well as the development of the surrounding parts to allow the retaining pin 41 to pass;
- modifications of the mold cavity for obtaining the collector can be carried out quickly;
- the constraints for the supplier, namely the most expensive parts of the collector, remain the hooks and the copper rings.
Claims (8)
- un collecteur (10) selon l’une des revendications précédentes,
- un arbre (2) de rotor (20),
- au moins un bobinage (25) comprenant au moins un fil (5).Rotor (20), in particular rotor (20) of a synchronous machine (30), characterized in that it comprises:
- a collector (10) according to one of the preceding claims,
- a shaft (2) of the rotor (20),
- at least one winding (25) comprising at least one wire (5).
- une première étape d’insertion d’un collecteur (10) sur un arbre (2) de rotor (20) par translation ou sensiblement par translation suivant l’axe de rotation (A) jusqu’à une position intermédiaire (PI) de sorte à permettre le passage d’un outillage destiné à assurer un sertissage à froid et/ou à chaud,
- une étape de sertissage à froid d’au moins un crochet (15) sur au moins un fil (5),
- une étape d’enroulement d’un fil (5) de sorte à obtenir un bobinage (25),
- une étape de sertissage à chaud de l’au moins un crochet (15) sur l’au moins un fil (5),
- une deuxième étape d’insertion du collecteur (10) sur l’arbre (2) depuis la position intermédiaire (PI) jusqu’à une position finale (PF) par translation ou sensiblement par translation suivant l’axe de rotation (A) au cours de laquelle l’au moins un fil (5) demeure au contact ou sensiblement au contact d’un pion (41), notamment d’une surface radiale externe (42) du pion (41).Method of assembling a rotor (20) according to claim 5, characterized in that it comprises:
- a first step of inserting a collector (10) on a shaft (2) of the rotor (20) by translation or substantially by translation along the axis of rotation (A) up to an intermediate position (PI) of so as to allow the passage of a tool intended to ensure cold and/or hot crimping,
- a step of cold crimping at least one hook (15) on at least one wire (5),
- a step of winding a wire (5) so as to obtain a winding (25),
- a step of hot crimping the at least one hook (15) on the at least one wire (5),
- a second step of inserting the collector (10) on the shaft (2) from the intermediate position (PI) to a final position (PF) by translation or substantially by translation along the axis of rotation (A) during which the at least one wire (5) remains in contact or substantially in contact with a pin (41), in particular with an outer radial surface (42) of the pin (41).
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