Brevet FR2613884A1 — publié le 19881014

Machine électrique comprenant un paquet de tôles supportant un enroulement, et procédé pour sa fabrication. L'invention concerne une machine électrique comprenant un paquet de t8les supportant un enroulement, notammer -:ur le stator, dont les encoches sont munies d'un revêtement et dont les côtés frontaux sont chacun munis d'une plaque en un matériau électriquement isolant présentant des découpes adaptées aux sections des encoches, les revêtements étant fixés aux plaques, ainsi qu'un procédé pour la réalisation d'une telle machine. Dans une machine électrique connue de ce type (demande de brevet DE-PS 11 05 978), les revêtements des encoches sont reliés aux deux extrémités à une plaque isolante recouvrant au moins partiellement la surface frontale du paquet de tôles de manière que les surfaces externes de l'isolation soient planes. Une possibilité de fabrication consiste dans le fait que les revêtements des encoches sont réalisés à une extrémité d'un seul tenant avec la plaque et sont introduits dans les encoches du paquet de t8les. Ils font saillie sur la surface frontale du paquet de t6les sur une distance telle qu'ils pénètrent dans les découpes de la seconde plaque. En cet endroit, les extrémités du revêtement sont soudées à la seconde plaque au moyen d'un poinçon chauffable. L'inconvénient essentiel du dispositif connu est qu'il est difficile de faire passer dans les encoches un élément comprenant plusieurs revêtements d'encoches, et il en résulte notamment que le montage mécanique des stators est de ce fait très compliqué. Il est en outre connu (brevet US-PS 2 778 964) de munir les revêtements des encoches, à leur extrémité, d'un collet recourbé qui fait saillie sur le côté frontal du paquet de t6les, ce qui assure la position axiale du revêtement des encoches. Dans ce dispositif, les collets s'étendent audelà du côté frontal du paquet de tales et le parcours du courant de fuite entre un enroulement partiel et le paquet de tôles du stator est ainsi augmenté. De toute manière, il faut dans ce mode de réalisation que les têtes de bobine fassent nettement saillie du paquet de tales pour conserver les écartements de sécurité - 2 - normalisés par rapport au paquet de t8les du stator. L'invention a pour but d'établir pour une machine électrique du type décrit dans le préambule les conditions constructives préalables pour pouvoir utiliser des têtes de bobine pluspetites et pouvoir ainsi économiser du cuivre, tout en pouvant cependant respecter les exigences des écartements pour le courant de fuite. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que les plaques sont munies sur leur côté frontal libre de nervures s'étendant de façon continue autour du pourtour des encoches et du fait que le côté des nervures qui est tourné vers la paroi des encoches forme une surface d'appui pour un unique élément de revêtement respectivement introduit dans chacune des encoches. Grâce à cette conformation, une partie au moins des fils des enroulements peut être repliée relativement fortement sur la nervure voisine immédiatement après leur sortie de l'encoche et ensuite disposée à proximité du c8té frontal du paquet de tôles. Les nervures peuvent alors être dimensionnées de manière à présenter l'écartement exigé (2,4 mm) pour le courant de fuite par rapport au paquet de t6les grâce à ces parties d'enroulement qui sont supportées. La fonction des nervures est d'empêcher les fils qui sortent des encoches recouvertes de sectionner le revêtement des encoches lorsqu'ils sont fortement recourbés. Dans l'ensemble, on peut ainsi disposer de façon beaucoup plus compacte les faisceaux de liaison de la tête de bobine sur le c6té frontal du paquet de tôles, ce qui permet d'effectuer des économies substantielles de cuivre. En particulier, le revêtement des encoches s'étend jusqu'au bord supérieur des nervures. Ainsi, les parties de l'enroulement qui sont à l'extérieur de l'encoche et qui reposent contre la nervure ne sont pas menacées par un trop petit écartement du courant de fuite. Il est particulièrement avqntageux que les nervures présentent une section avec des surfaces latérales convergeant vers l'extérieur. Ceci permet d'obtenir une surface d'appui particulièrement bonne. En particulier, la section des nervures entre encoches voisines peut présenter sensiblement la forme d'un triangle isocèle. De préférence, sa hauteur peut être supérieure à sa largeur. Ceci donne -3- aux nervures une forme qui empêche chaque fil individuel d'être recourbé sur un angle d'approximativement 90 et d'être ainsi éventuellement endommagé. Avantageusement, et en vue de la formation d'un bord périphérique le long de la découpe des encoches, la largeur des nervures est plus étroite que celle de la branche orientée ra.!lement de la plaque isolante, de manière que la nervure soit située a une certaine distance de la paroi de l'encoche. Le bord forme un appui horizontal à l'avant des surfaces latérales obliques des nervures, ce qui constitue après l'estampage à chaud un siège particulièrement avantageux pour le revêtement des encoches, d'o il résulte que ce dernier est correctement maintenu en direction axiale. Ainsi, on est également assuré d'un parcours du courant de fuite qui est encore plus long. Avantageusement, le revêtement des encoches a la forme d'une enveloppe se disposant le long de la paroi des encoches, dont les extrémités qui sont tournées vers l'ouverture des encoches comprennent des volets autobloquants. Ceci permet d'éliminer les cales d'encoches qui sont normalement prévues et malgré cela maintenir les encoches fermées, de manière que des fils de l'enroulement ne soient pas refoulés de l'intérieur vers l'extérieur. Simultanément, l'outil destiné à l'enfoncement de l'enroulement-peut être de forme plus simple et plus petite, et notamment avec un diamètre plus faible, ce qui fait que l'on dispose de plus de place pour l'opération d'enfoncement et que l'on peut prévoir des têtes de bobines plus petites sur les deux côtés du paquet de tôles. On réduit ainsi encore plus la consommation de cuivre et on a la possibilité de constituer le moteur sous une forme encore plus compacte. De préférence, les volets sont constitués par les extrémités coudées et recourbées du revêtement des encoches, dont les extrémités qui sont dirigées en oblique vers l'intérieur de l'ouverture des encoches s'appliquent l'une contre l'autre. On peut alors dimensionner la longueur des volets de manière que lorsqu'une pression leur est appliquée de l'intérieur vers l'extérieur en direction de l'ouverture des encoches, ils ne puissent pas dévier et se décaler l'un par rapport à l'autre. On évite ainsi efficacement que des parties de l'enroulement -4- soient refoulées vers l'extérieur. De préférence, les fils de chacune des parties des enroulements sont reliés les uns aux autres tout en maintenant leur forme en collant les isolations des fils les unes aux autres. L'enrubannage des parties des enroulements au moyen d'un cordon est très difficile sinon impossible lorsque les têtes de bobines sont très petites et disposées étroitement contre les surfaces frontales du paquet de t6les. A titre d'exemple, on peut utiliser pour la fixation des isolations des fils les unes contre les autres par collage une laque isolante connue qui devient collante quand elle est chauffée. De ce fait, l'extrémité finale des têtes de bobines peut être plus courte en direction axiale, mais tout en conservant la possibilité de les fixer en place. On mentionnera à titre d'exemple comme laque convenant dans ce cas une laque de type SDW 5 de la société Fujimura, Japon. Pour la fabrication, il est recommandé de conformer les extrémités du revêtement qui font saillie des encoches par estampage à chaud, de manière qu'elles viennent s'appliquer contre la surface frontale des nervures. Ceci permet de réaliser une fixation très simple des revêtements des encoches. L'estampage à chaud est réalisé avantageusement par formage au piston chaud, suivi par une compression au piston froid pour la fixation de la déformation. Ce procédé est plus simple et pose moins de problèmes qu'un procédé de soudage par exemple. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à l'aide de modes de réalisation préférés, mais sans caractère limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan du côté frontal d'un stator d'une machine électrique asynchrone bipolaire, la figure 2 est une vue en plan à plus grande échelle du stator, dans la région du cercle A de 1l figure 1, la figure 3 est une vue en coupe d'une encoche qui n'est pas encore remplie, la figure 4 représente une partie du paquet de tôles avec la plaque isolante, la figure 5 représente la même partie du paquet de tôles après mise en place de l'isolation des encoches, la figure 6 représente la même partie du paquet de tôles après mise en place de l'enroulement, la figure 7 est une vue en coupe partielle selon la ligne B-B de la figure 2, et la figure 8 est une vue en coupe partiele selon la ligne C-C de la figure 2. Le paquet de t8les 1 d'un stator comprend un certain nombre d'encoches, par exemple au nombre de 24, ces encoches étant de grosses encoches 2 et de petites encoches 3, comme montré à la figure 2. Les enroulements sont constitués par des bobinages et des bobinages partiels. Les encoches sont munies de façon habituelle des bobinages 4 d'un enroulement principal, des bobinages 5 d'un enroulement auxiliaire, ou des deux, comme montré à la figure 2. Les bobinages sont introduits par la machine de pose de bobinages par les interstices d'entrée 6 des encoches. Un revêtement d'encoche 7 comprend des volets 8 à fermeture automatique, qui empêchent les fils individuels ou les bobinages partiels de ressortir de l'encoche. Les enroulements 4, 5 qui sont assemblés par la laque de collage sont fermement maintenus en place par la forme allant en se rétrécissant des encoches. On peut ainsi éviter les cales d'encoches habituelles. les bobinages individuels des encoches sont reliés les uns aux autres à l'extérieur du paquet de t8les 1 par une tête de bobine 9. Celle-ci comprend des parties de tête 10 de l'enroulement principal et des parties de tête li de l'enroulement auxiliaire. Sur chacun des côtés frontaux du paquet de t8les 1 est prévue une plaque 12 en un matériau électriquement isolant. Elle comprend des découpes 13 qui correspondent à la section de l'encoche associée 2. La plaque 12 comprend des branches radiales 14 dont la largeur correspond à l'écartement entre encoches voisines. Des nervures 15 s'étendent sur les tranches, c'est-à-dire entre encoches voisines; elles suivent sans interruption le pourtour de la découpe 13. Les surfaces latérales 16 ou 17 de la nervure 15 sont orientées en oblique vers l'extérieur de manière à déterminer sur leur côté supérieur une surface ou un bord d'appui 18. Sur la branche 14 située entre deux encoches convergent l'une vers l'autre deux surfaces - 6 - latérales en oblique (figure 4). Quant au reste de la nervure 15, elle ne comprend qu'une unique surface latérale en oblique, alors que le c8té externe de la nervure peut retomber de façon fortement inclinée (figure 8). Dans le mode de réalisation présent, la nervure 15 présente dans la région de la branche 14 une section ayant la forme d'un triangle isocèle. Mais on peut envisager d'autres sections, telles qu'une section trapézoïdale, une section arrondie, ou analogues. Comme la surface de base des nervures 15 est plus étroite que celle de la branche 14, on obtient un bord périphérique 19. Dans un mode de réalisation, les branches 14 ont une épaisseur de 1 mm et une largeur de 3 mm, alors que les nervures ont une hauteur additionnelle de 2 mm et une largeur au niveau de leur surface de base de 1 mm. Les encoches individuelles a, 5 sont - comme mentionné - munies d'un revêtement 7 en un matériau électriquement isolant. Ses sections d'extrémité 20 qui sortent du paquet de t8les 1 sont élargies et adaptées sur une partie de leur longueur par un traitement thermique à la forme des nervures 15 et du pourtour 19. On obtient ce résultat au moyen d'un piston chaud qui presse les sections d'extrémité 20 contre la nervure et le bord, et par un traitement ultérieur au moyen d'un piston froid qui fixe la déformation. Les pistons ont un côté frontal qui est adapté au profil de la plaque 12. Les sections d'extrémité 20 parviennent jusqu'au bord 18 des nervures 15. Ces mesures sont prévues sur les deux côtés du paquet de t8les. On peut ensuite mettre en place les enroulements. Comme le montre la figure 6, un bobinage 4 de l'enroulement principal et un bobinage 5 de l'enroulement auxiliaire sortent de l'encoche 2. Le bobinage 5 de l'enroulement auxiliaire est recourbé fortement sur la nervure voisine 15, ce qui permet d'obtenir un changement de direction progressif malgré le peu de place disponible en raison de la partie élargie 20 du revêtement 7 de l'encoche et de la surface latérale oblique 16 de la nervure. Le bobinage 4 de l'enroulement principal est renvoyé de son c8té vers l'arrière, de manière à sortir à l'extrémité externe de l'encoche. Les parties 11 du bobinage de la tête de bobine 9 sont maintenues par les nervures 15 à -- 7 -- une distance telle de la surface frontale du paquet de t8les 1 que le changement de direction des faisceaux 4 ne pose aucun problème. Un changement de direction brusque des faisceaux individuels des bobinages sur un bord unique ne pourrait7pas être réalisé car la feuille en matière plastique du revêtement 7 des encocr: serait sectionnée au niveau de la position de changement de direction. Il est particulièrement important que l'écartement nécessaire au courant de fuite entre l'enroulement et le fer du paquet de tôles 1 soit maintenu, par exemple à 2,4 mm. Ainsi et dans l'ensemble, on peut obtenir une tête de bobine 4 particulièrement plate et ainsi économiser beaucoup de cuivre. Les fils de l'enroulement sont isolés au moyen d'une laque qui devient collante après échauffement au-delà d'une valeur limite prédéterminée. A titre d'exemple, on peut envisager dans ce cas d'utiliser une laque collante telle que celle du type SDW 5 de la société Fujimura, Japon. Lors du bobinage du paquet de tales 1 du stator, les parties 10 et 11 de la tête de bobine 9 sont correctement alignées et ensuite l'ensemble de l'agencement est chauffé au-delà de la valeur limite. Les isolations se collent alors les unes aux autres, ce qui fournit un ensemble compact. 2613 8 8 4 -8- REVENDICATIONS 1. Machine électrique comprenant un paquet de t6les supportant un enroulement, notamment pour le stator, dont les encoches sont munies d'un revêtement et dont les c6tés frontaux sont chacun -munis d'une plaque en un matériau électriquement isolant présentant des découpes adaptées aux sections des encoches, les revêtements étant fixés aux plaques, caractérisée en ce que les plaques (12) sont munies sur leur c8té frontal libre de nervures (15) s'étendant de façon continue autour du pourtour des encoches (2, 3) et que le c8té (16, 17) des nervures qui est tourné vers la paroi des encoches forme une surface d'appui pour un unique élément de revêtement (7) respectivement introduit dans chacune des encoches. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement (7) des encoches s'étend jusqu'au bord supérieur des nervures (15). 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les nervures (15) présentent une section avec des surfaces latérales (15, 16) convergeant vers l'extérieur. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la section des nervures entre encoches voisines (2, 3) présente sensiblement la forme d'un triangle isocèle. 5. Hachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'en vue de la formation d'un bord-périphérique (19) le long de la découpe (13) des encoches, la largeur des nervures est plus étroite que celle de la branche orientée radialement (14) de la plaque isolante (12), de manière que la nervure (15) soit située à une certaine distance de la paroi de l'encoche. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications I à 5. caractérisée en ce que le revêtiment (7) des encoches a la forme d'une enveloppe se disposant le long de la paroi des encoches, dont les extrémités qui sont tournées vers l'ouverture (6) des encoches comprennent des volets (8) autobloquants. 7. Hachine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les volets (8) sont constitués par les extrémités coudées et recourbées du -9- revêtement (7) des encoches, dont les extrémités qui sont dirigées en oblique vers l'intérieur de l'ouverture (6) des encoches s'appliquent l'une contre l'autre. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les fils de chacune des parties des enroulements (4, 5) sont reliés les uns aux autres. 9. Procédé pour réaliser la machine éiectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en -ce que les extrémités du revêtement qui font saillie des encoches sont formées par estampage à chaud de manière qu'elles viennent s'appliquer contre les surfaces latérales des nervures. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'estampage à chaud est réalisé par formage au moyen d'un piston chaud, avec pressage subséquent au piston froid pour fixer la déformation.