Rotor pour moteur électrique à collecteur et procédé de fabrication de celui-ci
La présente invention concerne un rotor pour moteur électrique à collecteur, comprenant un arbre de rotor, un paquet de tôles de rotor présentant des encoches dans lesquelles passe un bobinage, et un collecteur plan, un enrobage de matière plastique revêtant au moins partiellement le paquet de tôles et l'arbre; cette invention concerne également un procédé de fabrication de ce rotor en une de ses formes d'exécution avantageuses, comprenant l'injection de ladite matière plastique d'enrobage dans un moule dans lequel sont placés ledit arbre préalablement usiné et les tôles dudit paquet préalablement découpées.
Les rotors de ce type, à collecteur plan, sont utilisés principalement dans les moteurs électriques de faible puissance qui sont destinés le plus souvent à être alimentés en basse tension, moteurs qu'il est important de pouvoir fabriquer de la manière la moins coûteuse possible, tout en leur assurant un fonctionnement technique sûr et exempt de dérangement durant de nombreuses années.
On a déjà fabriqué des moteurs de ce type qui comprennent un rotor enrobé de matière plastique, ce qui le rend plus compact et assure d'une manière mieux déterminée le positionnement des divers éléments du rotor relativement les uns aux autres et relativement aussi aux éléments du moteur ne faisant pas partie du rotor.
Dans ces moteurs connus, cet enrobage plastique jouait cependant principalement un rôle de protection et de solidarisation, mais ne constituait pas à lui seul le moyen par lequel les divers éléments étaient amenés et maintenus en assemblage solide; d'autres moyens restaient nécessaires, éventuellement en coopération avec ledit enrobage, pour maintenir ensemble les tôles du paquet, le paquet de tôles sur l'arbre et le collecteur sur l'ensemble formé par le paquet de tôles et l'arbre.
Il y a lieu de remarquer encore qu'un collecteur plan, s'il est d'une fabrication beaucoup plus avantageuse qu'un collecteur cylindrique, était, dans les moteurs de types connus qui l'utilisaient, d'un montage plus délicat et moins sûr, davantage sujet à des dérangements, par le fait que la construction du rotor permettait de le positionner seulement par le centre, ce dont résultait le fait que la pression des balais s'exerçait en porte-à-faux, d'où risque accru de voilement ou de positionement mal plat du collecteur par rapport à l'axe du rotor.
Le but de la présente invention est de fournir un rotor de moteur du type susmentionné qui ne nécessite, pour l'assemblage des divers éléments qui le constituent, aucun moyen autre que ledit enrobage de matière plastique, tout en assurant une grande rigidité à l'assemblage de ces divers éléments, et, en particulier, en assurant un assemblage du collecteur sur les autres éléments du rotor qui élimine tout risque de voilement ou de positionnement mal plat du collecteur; ce but est également, en corollaire, de fournir un procédé de fabrication de ce rotor en une forme d'exécution favorable, qui rende superflue toute opération de fixation provisoire l'un avec l'autre de certains éléments constituant le rotor préalablement à l'opération par laquelle on réalise ledit enrobage.
Conformément à l'invention, le rotor pour moteur électrique à collecteur, comprenant un arbre de rotor, un paquet de tôles de rotor présentant des encoches dans lesquelles passe un bobinage, et un collecteur plan, un enrobage de matière plastique revêtant au moins partiellement le paquet de tôles et l'arbre, est caractérisé en ce que ledit enrobage de matière plastique recouvre les parois et le fond desdites encoches ainsi qu'une partie au moins des faces latérales dudit paquet de tôles, de manière à isoler électriquement les parois et le fond des encoches et à maintenir ensemble les tôles du paquet, cet enrobage recouvrant également, en l'entourant, une partie dudit arbre sur laquelle il solidarise ledit paquet de tôles, et en ce que cet enrobage forme en outre, dans la partie de sa masse recouvrant les zones périphériques d'une des faces latérales du paquet de tôles,
des portions d'appui du collecteur plan qui présentent des surfaces d'appui axial contre lesquelles ledit collecteur plan est maintenu appuyé en des zones de sa face arrière voisines de son bord, ce collecteur plan présentant une ouverture centrale traversée par l'une des extrémités de l'arbre du rotor, et ledit enrobage formant encore dans sa masse des moyens pour positionner radialement ledit collecteur et le maintenir plaqué axialement contre lesdites surfaces d'appui.
Dans une forme d'exécution avantageuse, ce rotor est encore caractérisé en ce que ledit enrobage recouvre partiellement les faces latérales dudit paquet de tôles, laissant subsister sur chaque face au moins trois fenêtres à travers lesquelles apparaît la tôle d'extrémité correspondante, chaque fenêtre laissée sur une face étant alignée axialement avec une autre fenêtre laissée sur l'autre face.
Conformément à l'invention, le procédé de fabrication de ce rotor selon cette forme d'exécution avantageuse, comprenant l'injection de ladite matière plastique d'enrobage dans un moule dans lequel sont placés ledit arbre préalablement usiné et les tôles dudit paquet préalablement découpées, est caractérisé en ce que, pour réaliser ladite injection, on place d'abord cet arbre et ces tôles dans ledit moule selon la disposition relative qu'ils doivent avoir dans le rotor terminé en ne liant directement ces tôles ensemble par aucun moyen de fixation et en n'établissant aucune liaison directe de fixation des tôles sur l'arbre, on fait ensuite, dès avant le moment où l'on commence de procéder à l'opération d'injection, agir perpendiculairement sur les deux tôles d'extrémité du paquet, à l'endroit où se situeront lesdites fenêtres,
des tétons de pression qui pressent les tôles du paquet les unes contre les autres, et on fait ensuite persister l'action de ces tétons pour qu'ils maintiennent toujours cette pression tandis qu'on procède à l'opération d'injection de la matière plastique d'enrobage, et pour qu'ils la maintiennent encore après cette opération d'injection jusqu'à ce que ladite matière plastique soit durcie.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du rotor selon l'invention.
La fig. 1 montre, partiellement en coupe, le rotor monté dans un moteur,
la fig. 2 est une vue en bout du rotor, le collecteur en étant enlevé,
la fig. 3 montre le rotor isolé, partiellement en coupe, et
la fig. 4 montre le collecteur dont est muni le rotor.
Sur la fig. 1, on voit un moteur 1 qui comporte un boitier 2 à l'intérieur duquel se trouvent des pôles magnétiques permanents 3, ce boîtier 2 étant fermé par un couvercle 4. A l'intérieur de ce boîtier, se trouve le rotor 5 qui est constitué par un arbre de rotor 6, un paquet de tôles 7 qui comporte des tôles normales 7a et deux tôles d'extrémité 7b présentant un rebord périphé-- rique, un bobinage g, une masse d'enrobage 9 revêtant partiellement le paquet de tôles 7 et marbre 6, et un collecteur plan 10. Le couvercle 4 porte une pièce intermédiaire 11 dans laquelle est logé un palier à extérieur sphérique 12, tandis que le boîtier 2 porte un palier con ventionnel 13.
L'arbre 6 traverse. les deux paliers 12 et 13.
On voit sur la fig. 1 que l'enrobage 9 entoure l'arbre 6 et s'étend sur celui-ci sur une longueur à peine inférieure à la distance qui sépare les paliers 12 et 13. Ainsi, cet enrobage 9 forme un moyeu qui positionne le rotor entre les deux paliers 12 et- 13. Cet enrobage 9 s'étend également sur les faces latérales du paquet de tôles, c'est-à-dire qu'il recouvre, dans leurs plus grandes parties, les faces latérales des deux tôles d'extrémité 7b.
Cet enrobage 9 est encore conformé de manière telle que le collecteur plan 10 puisse être monté directement contre des portions spécialement adaptées de cet enrobage, comme cela sera examiné en détail plus loin.
On voit encore sur la fig. 1 une pièce couronne 14 présentant des fentes dans lesquelles les balais 15 sont montés par l'intermédiaire de plots 16. Ce type d'assemblage est connu dans le domaine des petits moteurs électriques et il n'est pas nécessaire de le décrire en détail ici.
Les fig. 2 et 3 illustrent de façon particulière la construction du rotor 5. On peut y voir que ce rotor, traversé en son centre par l'arbre 6, présente trois encoches 18 qui sont formées dans les tôles du paquet de tôles 7. L'enrobage 9 recouvre la totalité du fond et des parois de ces encoches 18, de même qu'il recouvre la presque totalité des faces latérales des tôles d'extrémité 7b, seules, trois fenêtres 17 subsistant dans cet enrobage et laissant apparaître à nu les tôles d'extrémité. Le rôle de- ces fenêtres 17 est de faciliter la fabrication, plus exactement l'opération d'enrobage par injection, du rotor 5. Le processus de fabrication de celui-ci sera examiné plus loin.
On voit sur les fig. 2 et 3 que l'enrobage 9 s'étend, du côté du paquet de tôles où se situe le collecteur, de manière à permettre le montage de ce collecteur. A cet effet, des parties de- surface d'appui 19 sont ménagées d'une manière qui résulte directement du moulage de l'enrobage 9, dans des portions de projection 20; la position longitudinale de ces surface d'appui 19- correspondant à celle de la face arrière du collecteur plan 10.
Ces surfaces 19 sont bordées de rebords 21 dont la surface dirigée vers l'intérieur est cylindrique et centrée sur l'axe du rotor. On voit donc qu'il est aisé de positionner le collecteur 19 contre ces surfaces d'appui 19 à l'inti rieur- des rebords- 21.
La partie d'enrobage qui entoure- l'arbre 6 présente, depuis l'endroit correspondant longitudinalement à la position de la face arriere du collecteur plan, un rétrécissement, de sorte que le collecteur plan peut venir s'appuyer également par sa zone centrale contre l'épaulement se présentant à l'endroit de ce rétrécissement; cette configuration de la partie d'enrobage entourant l'arbre n'est cependant pas absolument nécessaire et cette partie d'enrobage pourrait constituer un cylindre sans rétrécissement sur lequel le collecteur serait simplement enfilé, ce dernier n'étant alors pas soutenu par sa partie centrale.
En variante encore, on pourrait prévoir un canon venant s'enfiler soit sur l'arbre 6 (l'enrobage de celui-ci s'arrêtant alors plus près du paquet de tôles), soit sur l'enrobage de matière plastique entourant l'arbre 6 et présentant ou non un épaulez ment diminuant son diamètre de manière à positionner longitudinalement ledit canon.
Il faut remarquer que le collecteur utilisé pour un tel moteur de faible puissance ne présente que trois zones condùctrices (correspondant à trois lamelles d'un collecteur cylindrique); pour le bon fonctionnement du moteur, il est donc nécessaire que le collecteur plan soit positionné de manière correcte relativement aux encoches 18 du moteur qui porte les bobinages 8.- Il- est donc avantageux d'assurer le positionnement circonférenciel du collecteur plan par la construction même du roter, de manière' à éviter une mise en place erronée du collec- teur plan lors de son montage A cet effet, le collecteur plan,
que l'on voit à la fig 4, présente à sa circonf± rence une encoche ou entaille 22, tandis qu'un des rebords 21 qui centrent le collecteur, présente un bossage 23 qui doit pénétrer dans l'entaille 22 pour que le collecteur puisse être mis en place en s'appuyant contre les surfaces d'appui 19. D'autre part, afin de maintenir le collecteur en place et de l'empêcher de se déplacer axialement, on prévoit des pattes élastiques, ou ergots élastiques, 24 fixées à l'extrémite- des portions de projection 20 et venant se rabattre élastiquement devant la face avant du collecteur plan 10.
E variante, ces ergots pourraient être remplacés par des portions de collerettes circulaires intérieures élastiques s'étendant, d'une fraction de millimètre, devant la face avant du collecteur plan, depuis la surface 21 vers le centre. En une autre variante; il serait possible par exemple aussi de prévoir des perçages spéciaux dans le collecteur à travers lesquels pénètreraient des languettes de rentenue solidaires de la masse d'enrobage.
On voit que la construction ci-décrite permet d'assurer l'assemblage fixe et correct de l'arbre- 6, du paquet de tôles 7 et d collecteur- 10; qui constitue le rotor 5, sans faire appel à aucun autre moyen de fixation que l'enrobage qui revêt en partie Marbre 6 et le paquet de tôles 7 et dont la masse maintient également le collecteur 10. Il faut noter également que l'enrobage 9 recouvre toute la surface du fond et des parois des encoches 18 qui sont, de ce fait, parfaitement isolées électriquement et dont tous les angles métalliques qui, dans d'autres moteurs du même type, risquent de blesser l'isolation du bobinage; sont cachés derrière une couche de matière plastique qui protège ainsi le bobinage des accrocs mécaniques d'isolation.
L'utilité des fenêtres 17, pratiquées dans la couche d'enrobage recouvrant les faces latérales du paquet de tôles, peut être considérée comme résidant en une éco- nomie de poids réalisée sur le rotor, mais elle réside principalement en une facilité offerte par ces fenêtres pour la fabrication du rotor, et plus précisément pour la phase d'injection de la matière plastique d'enrobage que comprend le procédé fabrication du rotor.
Il faut considèrer en effet qu'un enrobage de matière plastique, s'il; est susceptible de maintenir mécaniquement un assemblage lorsqu'il est d'une épaisseur suffisante et que la matière plastique est durcie, ne peut en aucun cas exercer une pression de maintien mécanique (ou même simplement une action de maintien mécanique) tant que la matière plastique de cet enrobage n'est pas suffisamment durcie. La fabrication des rotors enrobés de matière plastique ordinaire comprenait donc des moyens autres que l'enrobage de matière plastique pour attacher ensemble les toles et éventuellement pour attacher le paquet de tôles à l'arbre, moyens qui étaient mis en action préalablement à l'injection de la matière plastique d'enrobage autour du rotor.
On peut donc dire que, dans un tel cas, l'enrobage servait principalement à la protection des surfaces du rotor qu'il recouvrait, l'assemblage des éléments étant assuré au moins partiellement par d'autres moyens. Dans le procédé de fabrication du rotor précédemment décrit, on met à profit la présence des fenêtres 17 pour éviter toute nécessité de recourir à - des moyens de fixation autres que la masse d'enrobage, et pour y parvenir on réalise l'injection de la masse d'enrobage d'une manière particulière:
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On utilise un moule d'injection de forme adaptée pour qu'on puisse y disposer préalablement l'arbre 6 et les tôles 7a et 7b du paquet de tôles 7 dans la disposition que ces éléments devront avoir dans le rotor terminé, mais sans que les tôles soient serrées entre elles ou liées par un quelconque rnoyen tel que: rivets, collage, etc. Ensuite, avant d'injecter dans le moule fermé la matière destinée à former la masse d'enrobage, on vient faire appuyer, de part et d'autre du paquet du tôles, des tétons qui pressent les faces extérieures des tôles d'extrémité à l'endroit où viendront se situer les fenêtres 17.
Ces tétons pressent les tôles contre les autres avec la force voulue et maintiennent également les tôles de manière qu'elles ne puissent aucunement se déplacer, de par le jeu de moulage, au eours de l'opération d'injection de la matiere plastique. On maintient la pression de ces tétons, tandis qu'ensuite on réalise l'opération d'injection de la matière plastique dans le moule, et on maintient encore la pression de ces tétons une fois l'opération proprement dite d'injection terminée jusqu'à ce que la masse d'enrobage soit suffisamment durcie.
On peut alors faire relâcher la pression des tétons, la masse d'enrobage durcie maintient les tôles en place sans qu'il soit en aucune manière nécessaire de les maintenir encore par un autre moyen.
Il faut remarquer que la liaison entre les masses d'enrobage revêtant chacune des faces du paquet de tôles est faite à travers les encoches dont les parois sont également revêtues de la même masse d'enrobage; par contre, la circonférence extérieure du rotor est naturellement maintenue exempte d'enrobage. Si l'on considère cependant la longueur du contour des trois encoches 18, on voit que du fait de leur forme rentrante, cette Iongueur est pratiquement égale à la circonfèrence du rotor. Ainsi donc, les deux masses d'enrobage latérales sont maintenues ensemble par une masse d'enrobage de liaison aussi importante que ce qui se produirait dans le cas où cet enrobage serait en forme de tambour.
De plus, la liaison entre l'enrobage des deux faces latérales est assurée par la partie d'enrobage centrale qui entoure l'arbre 6 sous le paquet de tôles; on pourrait toutefois envisager des exécutions où les tôles seraient contiBlës à l'arbre et où cette partie d'enrobage centrale n'existerait pas. Notons encore que, si en cours de fonctionnement, les tôles cessent d'être très fortement pressées les unes contre les autres, il n'en résultera aucun ennui, car l'enrobage des encoches empêchera de toute manière ces tôles de tourner les unes par rapport aux autres.
Avantageusement, on pourra donner à l'arbre, dans la partie qui se situe- sous l'enrobage au centre du paquet de tôles, une forme non cyclindrique ou un apprêt rugueux, de manière à éviter que l'arbre risque éventuellement de tourner dans la masse de l'enrobage.
I1 faut noter que le procédé de moulage par injection sans moyen d'assemblage auxilliaire au moins pro- visoire, procédé faisant appel à la présence des fenêtres 17, serait applicable à tout autre type de rotor.
En ce qui conceme les surfaces d'appui 19 et les surfaces de rebord 21, on pourrait naturellement envisaler un usinage ultérieur à l'opération de moulage par injection, mais, du fait iustement qu'un moulage par iniection permet I'obtention de surfaces très pronres, il est très aisé - et c'est la méthode qui est préconisée ici de réaliser ces surfaces. à la cote et à la position exacte qu'elles doivent avoir lors de l'opération de moulage par iniection ou, plus simplement, d'injection.
Dans la pratique, on a constaté qu'un rotor du type ci-décrit présentait un excellent équliibrage de masse sans au'il soit nécessaire d'y effectuer des opérations destinées spécifiquement à l'équilibrer.