FR2710200A1 - Collecteur rapporté pour alternateur notamment de véhicule automobile. - Google Patents

Abstract

Un collecteur destiné à être emmanché à force sur un arbre d'alternateur, notamment de véhicule automobile, est réalisé par surmoulage de matière isolante sur des éléments conducteurs et comprend un corps généralement cylindrique (10a, 10b, 20, 22) comportant à sa surface extérieure deux bagues collectrices (10a, 10b) reliées à deux éléments (14a, 14b) de connexion avec les extrémités de fils (FB) d'un bobinage, le corps comportant un alésage (24) pour ledit arbre et un prolongement de matière isolante (28) au delà de l'une des deux bagues, d'un côté où un effort d'emmanchement doit être exercé. Selon l'invention, au moins une encoche (30, 30', 30") est formée dans ledit prolongement, dans toute son épaisseur axiale, et laisse apparaître un bord de la bague adjacente (10b), de telle manière que l'effort d'emmanchement puisse être exercé directement sur ladite bague à travers ladite encoche.

Description

La présente invention concerne d'une façon générale

les alternateurs en particulier pour véhicules automobiles.

Elle concerne plus particulièrement un nouvel agencement de bagues collectrices pour l'enroulement d'excitation d'un tel alternateur. De façon classique, lors de la fabrication d'un alternateur, les bagues collectrices sont réalisées directement sur une partie débordante de l'arbre d'alternateur. Une autre technique connue consiste à réaliser le collecteur sous forme d'une pièce séparée, par exemple par surmoulage, et à rapporter ensuite cette pièce sur l'arbre

d'alternateur, par exemple par emmanchement à force.

Un tel collecteur rapporté connu est réalisé par surmoulage de matière isolante sur des éléments électriquement conducteurs, et comprend un corps généralement cylindrique comportant à sa surface extérieure deux bagues collectrices, et des éléments de connexion des

bagues avec les extrémités de fils d'un bobinage.

De façon également classique, le collecteur comporte, du côté du corps sur lequel doit s'exercer l'effort d'emmanchement, un prolongement de la matière isolante du surmoulage sur une courte distance, afin d'assurer un calage satisfaisant de la bague adjacente en direction

axiale.

Et lors de l'emmanchement à force du collecteur sur l'arbre d'alternateur, l'effort d'emmanchement est donc exercé sur ce prolongement de matière isolante. Cet effort étant important, il induit un risque de détérioration ou de rupture de la matière isolante dans cette région, qui est bien entendu indésirable. L'invention vise en premier lieu

à pallier cet inconvénient.

Par ailleurs, dans le cas o le collecteur rapporté présente une symétrie de révolution sur 180 , avec en particulier deux éléments de connexion de fils diamétralement opposés, on ne se soucie généralement pas de l'orientation du collecteur dans l'une ou l'autre des deux positions angulaires possibles. Or cette orientation détermine quelle extrémité, extérieure ou intérieure, du bobinage d'excitation de l'alternateur, sera reliée à

quelle bague, extérieure ou intérieure, de l'alternateur.

Et l'on a constaté de façon inattendue que les deux modes de raccordement possibles influençaient différemment le comportement de l'alternateur en matière de perturbations électromagnétiques, notamment dans le domaine des radiofréquences. La présente invention se propose donc également de faire en sorte qu'un collecteur à emmancher sur arbre d'alternateur et présentant une symétrie générale de révolution sur 180 puisse adopter une orientation particulière parmi les deux orientations possibles, afin d'assurer un appariement de la connexion entre les deux extrémités de fils de bobine et les deux bagues du

collecteur pour minimiser les perturbations précitées.

Ainsi la présente invention concerne un collecteur destiné à être emmanché à force sur un arbre d'alternateur notamment de véhicule automobile, du type réalisé par surmoulage de matière isolante sur des éléments

électriquement conducteurs, et comprenant un corps généra-

lement cylindrique comportant à sa surface extérieure deux bagues collectrices reliées à deux éléments de connexion avec les extrémités de fils d'un bobinage, le corps comportant un alésage pour ledit arbre et un prolongement de matière isolante au delà de l'une des deux bagues, d'un côté o un effort d'emmanchement doit être exercé, caractérisé en ce qu'au moins une encoche est formée dans ledit prolongement, dans toute son épaisseur axiale, et laisse apparaître un bord de la bague adjacente, de telle manière que l'effort d'emmanchement puisse être exercé

directement sur ladite bague à travers ladite encoche.

Des aspects préférés, mais non limitatifs, du collecteur selon l'invention, sont les suivants: - il est prévu au moins deux encoches formées dans toute l'épaisseur axiale du prolongement, et ces encoches sont disposés avec une dissymétrie de révolution sur 180 , de manière à tenir lieu de détrompeurs pour le positionnement angulaire du collecteur dans l'une parmi deux positions possibles, elles-mêmes décalées de 1800

l'une par rapport à l'autre.

- il est prévu trois encoches espacées angulairement

de 120 .

- deux cannelures diamétralement opposées sont formées dans ledit alésage, et l'une des encoches est angulairement

alignée avec l'une desdites cannelures.

- la ou chaque encoche est formée dans toute la

largeur radiale du prolongement.

L'invention propose également un alternateur notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte

sur un arbre en saillie un collecteur tel que défini ci-

dessus.

D'autres aspects, buts et avantages de la présente

invention apparaîtront mieux à la lecture de la description

détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale, selon la ligne I-I de la figure 4, d'une pièce destinée à former un collecteur pour alternateur selon l'invention, la figure 2 est une vue en bout selon la flèche II de la figure 1, la figure 2a est une vue à échelle agrandie d'une partie de la figure 2, la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 1, la figure 4 est une vue en bout selon la flèche IV de la figure 1, la figure 5 est une vue en coupe axiale selon la ligne V-V de la figure 4, la figure 6 est une vue en élévation selon la flèche VI de la figure 4, la figure 7 est une vue en perspective arrachée de la pièce des figures 1 à 6, la figure 8 est une vue en perspective non arrachée de la pièce des figures 1 à 7, la figure 9 est une vue en perspective de la pièce des figures 1 à 8 terminée et montée sur un alternateur, la figure 10 est une vue en coupe axiale verticale d'une partie d'un premier type d'alternateur équipé de la pièce des figures 1 à 8, et la figure 11 est une vue en coupe axiale verticale d'une partie d'un deuxième type d'alternateur équipé de la

pièce des figures 1 à 8.

En référence tout d'abord aux figures 1 à 8, on a représenté une pièce formant collecteur pour alternateur, à

une étape intermédiaire de sa fabrication.

La pièce, globalement indiquée en 1, est réalisée par surmoulage de matière plastique, de préférence thermodurcissable, sur des parties conductrices, par exemple en cuivre, destinées à former de première part deux bagues cylindriques de contact avec des balais, de deuxième part deux éléments de connexion avec deux extrémités d'un bobinage de rotor de l'alternateur, et de troisième part deux éléments de liaison électrique entre les deux bagues

et les deux éléments de connexion.

De façon conventionnelle, les bagues cylindriques sont initialement constituées d'un cylindre creux unique 10 en cuivre qui, à la fin de la réalisation de la pièce, est tronçonné circulairement sur toute son épaisseur dans sa région médiane pour former les deux bagues 10a, 10b

électriquement isolées l'une de l'autre (figure 9).

Les éléments de connexion, respectivement 14a, 14b, comprennent deux pattes en vis-à-vis 15, 15 qui définissent entre elles un canal central évasé 17 et qui sont reliées entre elles par une partie 15' en forme de secteur de tronc de cône, définissant le fond du canal. Ce canal est destiné à recevoir une extrémité du bobinage. L'élément de liaison associé, respectivement 12a, 12b, s'étend radialement vers l'intérieur à partir du côté le plus

étroit de la partie 15.

Chaque patte 15 présente, dans la région du fond du canal et sur son bord tourné radialement vers l'intérieur,

une encoche en l'espèce semi-circulaire 16.

En outre, comme on le voit mieux sur la figure 2a, chaque patte 15 présente sur sa face intérieure un bossage généralement arrondi 151, réalisé de préférence par

emboutissage, à des fins expliquées plus loin.

La figure 9 illustre l'extrémité d'un fil de bobinage FB qui a été mise en place dans l'élément de connexion 14a, la pièce 1 occupant en l'espèce une position angulaire telle que les deux élements de connexion 14a, 14b soient alignés verticalement. Le fil est coudé sur 180 et son extrémité libre, descendante, est engagée dans le canal défini entre les pattes 15, tandis que son coude vient se

loger dans l'une des encoches 16.

Ensuite, un sertissage ou pincement est réalisé en rapprochant à l'aide d'un outil les deux pattes 15, qui viennent pincer la partie d'extrémité libre du fil, cette

étape étant suivie par un soudage par exemple électrique.

On observera que la présence des bossages 151 permet, dans le cadre d'une connexion automatisée, de détecter facilement le degré de pincement des fils adéquat pour qu'ensuite l'opération de soudage électrique s'effectue de façon satisfaisante. Plus précisément, les bossages permettent d'éviter qu'au cours du pincement les bords vifs

des pattes 15 ne viennent sectionner le fil.

La construction de l'élément de connexion tel que 14a

présente de nombreux avantages.

Tout d'abord, la forme évasée du canal délimité par les pattes 15 et le fond 15' exerce un effet de guidage lors de l'introduction de l'extrémité libre du fil. Cette forme évasée permet par ailleurs, du fait que le canal 17 présente sa largeur la plus grande au niveau de la liaison de l'élément 14a ou 14b avec le reste de la pièce métallique, de limiter les phénomènes de striction lors du

pliage des pattes 15 pour exercer le pincement.

Ensuite, avant le pincement à l'aide des pattes 15, l'encoche 16 qui reçoit la région coudée du fil assure une stabilisation du fil dans la position illustrée sur la figure 9, en empêchant en particulier celui-ci de se

dégager du canal par son côté ouvert.

Enfin, les pattes 15 assurent un pincement ferme mais non tranchant du fil, pour assurer une bonne tenue

mécanique avant l'étape de soudage.

On observera ici qu'un élément pince-fil tel que décrit ci-dessus peut tout à fait s'appliquer à des domaines autres que celui de la connexion électrique d'un

collecteur à un bobinage d'alternateur.

Enfin les éléments de liaison 12a, 12b comprennent chacun une partie en forme de portion de cylindre, respectivement 121a, 121b, soudée sur la face intérieure de la partie 10 destinée à former les bagues, une première partie intermédiaire généralement droite, respectivement 122a, 122b, dont la section est en forme de U au moins sur une partie substantielle de sa longueur (voir en particulier figure 3, partie de droite, et figure 7), et décalée radialement vers l'intérieur par rapport à la partie associée respective 121a, 121b, et une deuxième partie intermédiaire, de section plate, courbée sur un angle d'environ 90 , respectivement 123a, 123b, dont l'extrémité orientée radialement se prolonge dans l'élément de connexion respectif 14a, 14b. Les variations de profil des parties 121a-123a et 121b-123b s'effectuent progressivement. On observera ici que les parties 121a, 121b sont soudées à la partie 10 respectivement dans sa région proche et dans sa région éloignée des éléments de liaison 12a, 12b, de telle manière qu'après le tronçonnage précité, l'élément de connexion 14a soit uniquement relié à la bague a, et que l'élément de connexion 14b soit uniquement

relié à la bague lOb.

On notera également que la section en U des parties intermédiaires droites permet d'accroitre la rigidité de celles-ci, afin de minimiser tout risque d'écart de positionnement intempestif au cours de l'étape de

surmoulage, et en particulier d'éviter tout risque de court-

circuit entre la partie du cylindre 10 qui deviendra la bague intérieure 10a et la partie intermédiaire adjacente 122b. On observe en outre que chaque partie intermédiaire courbe 123a, 123b comporte, au voisinage de l'élément de connexion respectif 14a, 14b, une région plus large, respectivement 124a, 124b, définissant deux pattes latérales d'ancrage 1241 et dans laquelle est formé un trou traversant circulaire 1242. Ce trou est destiné à coopérer avec des aménagements (fixes ou mobiles) du moule de manière à précisément positionner les éléments de connexion

14a, 14b au cours de l'étape de surmoulage.

On va maintenant décrire la partie en matière plastique obtenue après l'étape de surmoulage des parties

conductrices précitées.

On trouve tout d'abord une partie 20 de forme générale cylindrique, qui s'étend à l'intérieur du cylindre en cuivre 10 en recouvrant entièrement sa face intérieure ainsi que les plaquettes conductrices 121a, 121b et les tronçons des parties intermédiaires 122a, 122b situées à l'intérieur dudit cylindre. Ce cylindre 20 est prolongé, en direction des éléments de connexion 14a, 14b par une autre partie cylindrique 22 dont la surface extérieure vient en affleurement avec la surface extérieure du cylindre en cuivre 10. Les parties 20, 22 définissent un alésage cylindrique central 24 pourvu sur toute sa longueur de deux cannelures 26, 26' de section généralement rectangulaire, diamétralement opposées et occupant les mêmes positions angulaires, par rapport à l'axe de la pièce, que les

éléments de connexion 14a, 14b.

Cet alésage cannelé est destiné à recevoir un arbre, de forme complémentaire, de l'alternateur, sur lequel la

pièce 1 est emmanchée à force.

Du côté opposé à la partie cylindrique 22, la partie cylindrique 20 se prolonge par une petite collerette 28 à bords extérieur et intérieur biseautés, respectivement 28a et 28b. Entre le bord extérieur biseauté 28a et le cylindre en cuivre 10, la partie 28 présente une surface cylindrique légèrement en retrait de la surface extérieure dudit

cylindre 10.

Dans cette partie 28 sont ménagées trois encoches 30, ' et 30" dont la profondeur est égale à la longueur de la partie 28 en direction axiale, c'est-à-dire que le fond de ces encoches laisse apparaître le bord du cylindre en cuivre. L'une de ces trois encoches 30 est alignée sur la cannelure inférieure 26, tandis que les deux autres, 30' et ", sont décalées angulairement en l'espèce de 120 de

part et d'autre de l'encoche 30.

On comprend que le cylindre en cuivre 10 est fermement emprisonné en direction axiale entre les parties 22, 28 en

matière plastique.

Les encoches 30, 30', 30" ont un double rôle. Tout d'abord, l'emmanchement à force de la pièce 1 sur l'arbre de l'alternateur s'effectue, par exemple de manière automatisée, en exerçant un effort axial très important sur la pièce 1 du côté de la partie 28. Les encoches 30, 30', " sont destinées à recevoir trois doigts de pression de l'automate, qui de la sorte vont exercer l'effort sur la pièce en agissant non pas sur ses parties en matière plastique, mais sur le bord, tourné vers la partie 28, du cylindre métallique 10. De la sorte, cet effort est exercé sans risque de détérioration de la matière plastique de la pièce, dont la résistance mécanique est bien entendu

nettement inférieure à celle du cuivre.

En outre, les encoches 30, 30', 30" permettent d'assurer un détrompage quant au positionnement angulaire

de la pièce 1 sur l'alternateur avant son emmanchement.

On notera ici que les deux extrémités du bobinage de rotor de l'alternateur correspondent respectivement à un côté intérieur du bobinage ("entrée de courant") et à un

côté extérieur du bobinage ("sortie de courant").

Dans la technique antérieure, on connectait l'une de ces extrémités de fils indifféremment à l'une des bagues

a, lOb, et l'autre extrémité à l'autre bague.

Il a cependant été constaté que le comportement de

l'alternateur en présence de perturbations électro-

magnétiques rayonnées par exemple par les émissions radio, et tout particulièrement dans la bande de la modulation de fréquence, était influencé de façon significative par la façon dont les extrémités du bobinage d'excitation étaient raccordées aux potentiels fournis par le circuit régulateur de l'alternateur. Plus précisément, on va faire en sorte que l'extrémité intérieure du bobinage (la plus proche de l'arbre de l'alternateur, correspondant au début du bobinage lors de sa confection) soit raccordée à la borne du régulateur qui délivre un potentiel fixe, correpondant à l'une bien déterminée des bagues 10a, 10b tandis que la borne du régulateur délivrant le potentiel variable, correspondant à l'autre bague du collecteur, sera raccordée

à l'extrémité extérieure du bobinage (fin du bobinage).

Les encoches 30, 30', 30" permettent de réaliser l'appairement de ces raccordements, la position angulaire correcte de la pièce 1, parmi ses deux positions possibles décalées de 180 , étant déterminée par exemple au moyen d'un ou plusieurs palpeurs associés à l'équipement robotisé de montage, ou encore visuellement lors d'opérations manuelles. La pièce 1 après surmoulage comprend en outre deux branches en matière plastique 32a, 32b dans lesquelles sont entièrement noyées les parties conductrices de raccordement 122a, 123a et 122b, 123b, respectivement, et une partie en forme d'anneau 34 d'axe confondu avec celui des parties cylindriques 10, 20, 22, reliée à ces parties par lesdites branches et se situant au niveau des éléments de connexion

14a, 14b.

Plus précisément, chaque branche 32a, 32b comprend un tronçon rectiligne, respectivement 321a, 321b, et un tronçon courbé sur 90 , respectivement 322a, 322b, épousant la forme des parties intermédiaires courbes 123a, 123b en

matériau conducteur.

Les branches 32a, 32b viennent se raccorder radialement et en des positions diamétralement opposées à

l'anneau 34, au niveau des éléments de connexion 14a, 14b.

On observe que chaque branche 32a, 32b, dans la région de transition entre son tronçon rectiligne et son tronçon courbé, présente un décrochement vers l'extérieur noté

respectivement 323a, 323b.

La face intérieure de chaque tronçon rectiligne 321a, 321b se situe dans le prolongement, en direction axiale, de la face intérieure d'une cannelure 26, 26' de l'alésage 24, tandis que la face extérieure de chaque tronçon rectiligne présente un profil en forme d'arc de cercle et se situe dans le prolongement, en direction axiale, de la face

externe de la partie 22.

L'anneau 34 comporte, en deux positions diamétralement opposées et décalées de 90 par rapport aux éléments de connexion 14a, 14b, deux surépaisseurs 341 dirigées vers l'extérieur, et dans la surface externe desquelles sont formés respectivement deux renfoncements légèrement

concaves 342.

Deux autres surépaisseurs 343, également dirigées vers l'extérieur, sont formées dans l'anneau 34 au niveau des éléments de connexion 14a, 14b, de manière à emprisonner partiellement les pattes d'ancrage 1241. Dans ces surépaisseurs 343 sont également formés respectivement deux renfoncements 344 permettant de laisser les trous

circulaires 1242 dégagés.

La réalisation de l'anneau 34 au cours de l'étape de surmoulage permet de rigidifier la pièce 1 dans la région des éléments de connexion 14a, 14b, en garantissant que leur distance mutuelle en direction radiale soit bien déterminée. En effet, la présence du ventilateur de l'alternateur non loin de ces éléments 14a, 14b après emmanchement de la pièce exige de positionner ces éléments de façon précise en direction radiale. Par ailleurs, l'anneau 34 permet de bien garantir l'absence de tout contact entre les éléments 14a, 14b et une partie élargie AR1 de l'arbre d'alternateur AR (voir figure 9), autour de laquelle l'anneau vient se positionner, notamment lors de phénomènes de dilatation dûs à l'échauffement ou de l'accumulation de poussières dans cette région de l'alternateur. En outre, l'injection de la matière de surmoulage s'effectue préférentiellement au niveau de cet anneau, et

en particulier au niveau des surépaisseurs 341.

En outre, les surfaces concaves 342 prévues latéralement et de façon diamétralement opposée servent à la préhension de la pièce par un robot en vue de l'emmanchement à force sur un arbre d'alternateur. Ainsi la pièce peut être saisie selon deux orientations possibles, décalées mutuellement de 180 , et l'on a indiqué plus haut comment les encoches 30, 30', 30" permettaient d'assurer un détrompage pour choisir l'orientation qui convient pour

alimenter le bobinage avec la polarité correcte.

On notera également que les décrochements 323a, 323b, qui font saillie radialement vers l'extérieur de la surface cylindrique définie par le cylindre 10 et son prolongement isolant 22, permettent lors du montage de la pièce sur certains alternateurs de définir une butée axiale pour un roulement à billes prévu entre l'arbre de l'alternateur et son carter pour constituer le palier arrière de l'alternateur. Les figures 10 et 11 représentent une pièce telle que décrite ci-dessus montée respectivement sur deux alternateurs A de modèles différents. L'arbre de l'alternateur est désigné par AR, et un roulement pour cet arbre par R. On comprend le rôle de l'anneau 34, qui évite tout "flottement" des éléments de connexion 14a, 14b et tout risque de court-circuit avec des parties relativement

proches de l'alternateur.

On observe également qu'une plaque latérale P du roulement R est en butée contre les épaulements 323a, 323b

définis par la pièce 1.

Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Collecteur destiné à être emmanché à force sur un arbre d'alternateur notamment de véhicule automobile, du type réalisé par surmoulage de matière isolante sur des éléments électriquement conducteurs, et comprenant un corps généralement cylindrique (10a, 10b, 20, 22) comportant à sa surface extérieure deux bagues collectrices (10a, 10b) reliées à deux éléments (14a, 14b) de connexion avec les extrémités de fils (FB) d'un bobinage, le corps comportant un alésage (24) pour ledit arbre et un prolongement de matière isolante (28) au delà de l'une des deux bagues, d'un côté o un effort d'emmanchement doit être exercé, caractérisé en ce qu'au moins une encoche (30, 30', 30") est formée dans ledit prolongement, dans toute son épaisseur axiale, et laisse apparaître un bord de la bague adjacente (10b), de telle manière que l'effort d'emmanchement puisse être exercé directement sur ladite

bague à travers ladite encoche.

2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux encoches (30, 30', 30") formées dans toute l'épaisseur axiale du prolongement (28), et en ce que ces encoches sont disposés avec une dissymétrie de révolution sur 180 , de manière à tenir lieu de détrompeurs pour le positionnement angulaire du collecteur (1) dans l'une parmi deux positions possibles,

elles-mêmes décalées de 180 l'une par rapport à l'autre.

3. Collecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu trois encoches (30, 30', 30")

espacées angulairement de 120 .

4. Collecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que deux cannelures (26, 26') diamétralement opposées sont formées dans ledit alésage (24) et en ce que l'une (30) des encoches est angulairement alignée avec l'une (26)

desdites cannelures.

5. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque encoche

(30, 30', 30") est formée dans toute la largeur radiale du prolongement.

6. Alternateur (A) notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte sur un arbre

(AR) en saillie un collecteur (1) selon l'une des revendications précédentes.