Brevet FR2612703A1 — publié le 19880923

La présente invention concerne le domaine des alternateurs pour véhicules automobiles. La présente invention concerne plus préci sément un procédé de réalisation d'un stator d'alternateur comprenant un empilement de tôles planes -annulaires maintenues par rivets. On a illustré schématiquement sur les figures 1, 2 et 3 annexées un empilement de tôles classique pour stator d'alternateur. La figure 1 représente une vue axiale de l empilement annulaire de tôles. La figure 2 représente une vue axiale agrandie d'une partie de cet empilement. La figure 3 représente une vue en coupe longitudinale de l'empilement selon un plan de coupe référencé III-III sur la figure 2. Les documents FR-A-2 242 799 et FR-A2 550 478 évoquent différents processus de réalisation d'empilements de tôles pour stator d'alternateur. De façon classique en soi la première étape consiste à réaliser une pluralité de tôles planes 10 en forme de couronne (comme enseigné par le document FR-A-2 242 799) ou de secteur de couronne (comme enseigné par le document FR-A-2 550 478). Les tôles 10 sont munies sur leur périphérie interne de dentures 12. Celles-ci possèdent une tête.radialement interne élargie de façon à définir entre elles des encoches 14 à bords convergents aptes à recevoir un enroulement de stator. Les tôles 10 sont de plus avantageusement pourvues d'alésages traversants 16 destinés à recevoir des rivets de maintien 18 s'étendant parallèlement à l'axe du stator. Les tôles 10 sont ensuite empilées et des rivets 18 sont engagés dans les alésages 16 alignés. Enfin, l'empilement précité est soumis à une force de compression axiale et calibré au niveau de deux paires de portées 20, 22, d'une part, 24, 26, d'autre part. Ces portées sont adjacentes aux arêtes péri phériques extérieures 28, 30 de l'empilement de tôles. Elles sont destinées à servir d'appui à deux paliers latéraux portant le stator. Chaque paire de portées précitée comprend une portée référencée 20 ou 24 sur la figure 3 qui s'étend transversalement à l'axe 32 du stator et a la forme d'une couronne, et une seconde portée référencée 22 ou 26 sur la figure 3, qui est cylindrique de révolution autour de l'axe 32 du stator. Les alternateurs comprenant un stator du type précité et schématiquement illustré sur les figures 1 à 3 annexées, ont déjà rendu de grands services. Néanmoins, la Demanderesse propose de perfectionner ceuxci. En particulier , la Demanderesse a constaté que jusqu'ici, comme illustré sur la figure 2 annexée, les rivets 18 ont constamment été placés dans la bande annulaire de tôles 10, en regard de dentures 12 et radialement sur l'intérieur des portées 20, 24. En effet, afin de ne pas perturber le liaison stator-palier support, définie au niveau des portées 20, 24, jusqu'ici les rivets ont été placés constamment radialement à l'intérieur des portées 20, 24. Cependant, la présence des rivets 18 au niveau de la jonction entre les dentures 12 et la bande annulaire du stator, réduit sensiblement le rendement électromagnétique. Ceci semble dû au fait que les alésages 16 destinés à recevoir les rivets 18 logent inévitablement de l'air, alors qu'ils sont placés en un lieu de densité importante de flux. La présente invention vient remédier à cet inconvénient et propose à cet effet un procédé de réalisation de stator d'alternateur pour véhicules automobiles comprenant les étapes connues en soi consistant à - i) réaliser une pluralité de tôles planes en forme de couronne ou de secteur de couronne, munies sur leurs périphéries internes de dentures définissant des encoches aptes à récevoir un enroulement de stator , et pourvues d'alésages traversants destinés à recevoir des rivets de maintien, - ii) empiler une pluralité de ces tôles et engager des rivets dans les alésages alignés de l'empilement, - iii) soumettre l'empilement à une force de compression et calibrer cet empilement au niveau de deux paires de portées adjacentes aux arêtes périphériques extérieures de l'empilement et destinées à reposer contre des paliers support de stator , l'une des portées de chaque paire étant cylindrique de révolution autour de l'axe du stator et l'autre portée de chaque paire étant transversale à cet axe et en forme de couronne ; le procédé conforme à la présente invention étant caractérisé par le fait que les alésages réalisés à l'étape i) et destinés à recevoir les rivets de maintien sont ménagés au moins en partie sur chaque portée transversale à l'axe du stator, en forme de couronne annulaire. Ainsi, grâce à la présente invention, les rivets sont reportés vers l'extérieur de la bande annulaire du stator et de ce fait perturbent peu le flux électromagnétique. Par ailleurs, la présente invention trouve tout particulièrement application dans la réalisation de stator d'alternateur à l'aide de tôles présentant une ouverture angulaire sous multiple de 360 , par exemple de l'ordre de 1200 comme enseigné par le document FR-A-2 550 478 et comme illustré schématiquement sur la figure 1 annexée. L'utilisation de ces tôles présentant une ouverture angulaire de l'ordre de 1200 permet de réduire le coût de fabrication, dans la mesure où cette technique permet de réduire les pertes de matières premières, lors du processus de découpe. Cependant, la Demanderesse a constaté que la multiplication du nombre de pièces conduit à une accumulation d'air dans l'empilement et de là entraîne une perte de rendement. On a tenté de remédier à cet inconvénient, c'est-à-dire de revenir à un rendement meilleur, en augmentant l'épaisseur le l'empilement de tôles. A titre d'exemple, on a tenté de remplacer un empilement classique de 25 mm d'épaisseur par un empilement de 27 mm d'épaisseur. Cette modification a donné satisfaction au niveau du rendement. Néanmoins, elle ne peut en aucune façon être retenue dans la pratique dans la mesure où elle conduit à des stators d'épaisseurs différentes et donc non interchangeables. Par ailleurs, l'utilisation de tôles présentant une ouverture angulaire sous-multiple de 3600, si elle donne satisfaction au niveau de la réduction des pertes de matières premières, conduit à une rigidité mécanique plus faible, à des micro-vibrations des tôles et à un bruit magnétique. De plus, la multiplication des pièces intervenant dans la conception de l'empilement rend plus difficile le contrôle des côtes, en particulier du diamètre extérieur, du diamètre intérieur, de l'épaisseur et du parallèlisme des faces transversales ; toutes ces côtes doivent pourtant être respectées avec une grande précision. La présente invention a également pour but d'éliminer ces différents inconvénients. L'un des buts importants de la présente invention est de proposer un procédé de réalisation de stator d'alternateur permettant d'obtenir, à épaisseur égale, et avec des tôles d'ouverture angulaire sous-multiple de 3600, les mêmes performances que celles obtenues avec des tôles formées de couronnes continues. Ce but est atteint selon la présente invention par le fait que l'étape iii) précitée consiste à appliquer sur l'empilement de tôles une force axiale de compression supérieure à la mémoire élastique du matériau et par exemple au moins égale à 150 tonnes dans le cas d'un stator de diamètre extérieur égal à 127 mm et de diamètre intérieur égal à 90 mm. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'étape iii) est opérée à l'aide d'un outil de formage comprenant un poinçon central et deux matrices de calibrage comportant chacune des surfaces de calibrage co-axiales complémentaires des portées du stator, l'étape iii) consistant à - iii-a) déplacer le poinçon dans l'espace central de l'empilement de tôles de stator puis - iii-b) déplacer l'une des matrices de calibrage axialement vers l'autre matrice pour compresser l'empilement de tôles. De façon surprenante la Demanderesse a constaté que les rivets de maintien supportent sans problème la force de compression nécessaire, de préférence supérieure à 150 tonnes. Par ailleurs, l'application d'une telle force de compression sur les rivets permet de renforcer l'assemblage par déformation sous forme de bombage vers l'extérieur des rivets de maintien. La présente invention concerne également un alternateur obtenu par la mise en oeuvre du procédé précité. D'autres caractéristiques,buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif sur lesquels les figures 1, 2 et 3 qui illustrent l'étant de la technique ayant déjà été décrites - la figure 4 représente une vue axiale partielle d'un empilement de tôles conformes à la présente invention, - la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale de cet empilement de tôles, selon un plan de coupe réfé-- rencé V-V sur la figure 4, - la figure 6 représente une vue schématique d'un outil de formage utilisé pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention, présente invention. - les figures 7, 8 et 9 illustrent trois étapes successives du procédé de formage conforme à la présente invention. Comme illustré schématiquement sur les figures 4 et 5 annexées, selon une caractéristique essentielle de la présente invention, les rivets 118 de maintien sont engagés dans des alésages 116 qui débouchent au moins partiellement sur les portées d'appui 20, 24 transversales à l'axe 32 du stator, les portées 20, 24 précitées étant en forme de couronne plane annulaire et adjacentes aux arêtes périphériques extérieures 28, 30 du stator. Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 5 , les alésages 116 débouchent entièrement sur les portées 20, 24. Ce mode de réalisation semble actuellement optimum dans la mesure où il perturbe peu le flux électromagnétique. En effet, grâce à cette réalisation les alésages 116 libèrent entièrement la zone de jonction entre les dentures 12 et la bande annulaire du stator. Cependant, le cas échéant, les alésages 116 destinés à recevoir les rivets de maintien 118 peuvent déboucher en partie sur les portées 20, 24 et en partie sur la portion de tôle radialement intérieure par rapport aux portées d'appui 20, 24. On va maintenant décrire la structure de l'outil de formage 120 utilisé dans le cadre de la présente invention, et illustré sur les figures 6 à 9. Seuls les éléments essentiels de l'outil de formage 120 seront décrits par la suite. De façon schématique l'outil de formage 120 comprend un bâti 130, un poinçon central 140, deux matrices de formage respectivement supérieure et inférieure 150, 160 et deux éjecteurs respectivement supérieur et inférieur 170, 180. Les différents éléments précités présentent une symétrie par rapport à un axe vertical référencé 122 sur les figures. Le poinçon 140 possède une enveloppe 141 cylindrique centrée sur l'axe 122. Le rayon de l'enveloppe 141 du poinçon correspond au rayon interne référencé schématiquement R1 sur la figure 4 des dentures 12. En d'autres termes, l'enveloppe extérieure 141 du poinçon 140 sert à calibrer le diamètre du passage central du stator. Les extrémités du poinçon 140 sont biseautées en 142, 143 pour faciliter l'engagement du poinçon dans le passage central de l'empilement de tôles. Le poinçon 140 est muni de rainures longitudinales 144 adaptées pour recevoir des clavettes 145. Le pas angulaire des rainures longitudinales 144 correspond au pas angulaire des encoches 14. Celles-ci sont calibrées par les clavettes 145. Pour faciliter l'engagement des clavettes 145 dans les encoches 14, les clavettes sont munies sur leurs surfaces extérieures et au niveau de chacune de leurs extrémités de surfaces biseautées d'engagement. Les éjecteurs 170, 180 sont destinés à reposer respectivement contre une face de l'empilement de tôles transversales à l'axe du stator, radialement sur l'intérieur des portées 20, 24, au niveau de leur surface 174 transversale à l'axe 122 de l'outil de formage. Chaque matrice de calibrage 150, 160 comporte deux surfaces de calibrage coaxiales à l'axe 122 et complémentaires des portées 20, 22, d'une part, 24, 26, d'autre part du stator. L'une des surfaces de calibrage de chaque matrice est transversale à l'axe 122. L'autre surface de calibrage est cylindrique de révolution autour de l'axe 122. Enfin, on notera à l'examen de la figure 6, la présence d'une cale annulaire 190 entre les surfaces en regard des matrices de formage 150 et 160. On va maintenant décrire la mise en oeuvre de l'outil de formage 120 dans le cadre du procédé conforme à la présente invention en regard de figures 7, 8 et 9 annexées. On notera que la matrice de formage inférieure 160 est fixe et constamment solidaire du bâti 130. Par contre, la matrice supérieure 150, les éjecteurs 170, 180 et le poinçon 140 peuvent être déplacés à translation parallèlement à l'axe vertical l22 à l'aide de vérins ou moyens équivalents classiques en soi qui ne seront donc pas décrits plus en détail par la suite. Dans une première phase, la matrice supérieure 150 est en position haute, l'outil de formage est donc ouvert. L'éjecteur inférieur 180 est également en position haute de l'empilement de tôles 10 est pincé entre les faces radiales 174 des éjecteurs supérieur 170 et inférieur 180, ou entre les mors d'une pince d'un système dlamenage, à hauteur de la face supérieure de l'éjec- teur 180. Le poinçon 140 est en position basse, éloigné de l'empilement de tôles 10. Cette position initiale est illustrée schématiquement sur la figure 7. Par la suite, comme illustré sur la figure 8 , le poinçon est déplacé en position haute. Il pénètre, aidé en cela par son chanfrein tronconique supérieur 142 dans le passage central de l'empilement de tôles 10. Simultanément, les clavettes 145 pénètrent dans les encoches 14. Le déplacement du poinçon 140 en position haute assure un auto-centrage de l'empilement de tôles 10, autour de l'axe 122 de l'outil de formage. Par la suite, comme illustré sur la figure 9 , le piston principal de l'outil de formage est déplacé en position basse afin de déplacer vers le bas la matrice de formage supérieure 150, l'éjecteur supérieure 170, l'éjecteur inférieure 180 et l'empilement de tôles 10 intercalé entre les éjecteurs. Ainsi, l'empilement de tôles est pincé entre les matrices 150, 160 au niveau des surfaces de calibrage transversales à l'axe 122. De préférence la descente du piston principal, de la matrice supérieure 150 et des éjecteurs 170, 180 est réalisée en maintenant fixe le poinçon 140. De préférence, la descente de l'ensemble comprenant la matrice supérieure 150 et les éjecteurs 170, 180 est réalisée à l'encontre d'une sollicitation hydraulique antagoniste. Cette sollicitation hydraulique antagoniste est avantageuse pour assurer un pincement permanent du stator et maintenir sa perpendicularité par rapport au poinçon 140. Le déplacement relatif en rapprochement, des matrices de formage 150, 160 est interrompu lorsque celles-ci viennent en appui contre la cale annulaire 190. En d'autres termes, l'outil illustré snr la figure 6 est un outil à matrice fermée. L'empilement de tôles 10 destiné à constituer le stator ne sert jamais de butée. Il en est de même en ce qui concerne les éjecteurs 170, 180. En d'autres termes1 le déplacement relatif en rarrwochement des éjecteurs 170, 180 est interrompu lorsque les éjecteurs viennent en appui contre les matrices 150, 1o0 ou d'autres éléments équivalents portés par le bâti 130. Par ailleurs, les pressions de fermeture appliquées, d'une part, aux éjecteurs 170, 180, d'autre part, aux matrices de formage 150, 160 sont identiques. Enfin, la Demanderesse, après différents essais, a constaté qu'il était nécessaire, pour éviter que les têtes de rivets 118 ne fassent saillie au niveau des portées d'appui 20, 24 d'appliquer sur les matrices de formage 150, 160 une force de fermeture dépassant 150 tonnes. Plus précisément encore, de préférence, dans le cadre de la présente invention, afin d'assurer un compactage efficace de l'empilement de tôles et chasser efficacement l'air susceptible d'être emprisonné, la Demanderesse a déterminé qu'il était avantageux d'appliquer sur les matrices de formage 150, 160, une force de fermeture dépassant 300 tonnes, par exemple de l'ordre de 400 tonnes. La Demanderesse a par exemple réalisé des essais en partant d'un empilement de 27 couches de tôles en couronne possédant un diamètre extérieur de 127 rnrn et un diamètre intérieur de 90 mm t l'empilement initial de tôles, avant compression, possédait une épaisseur totale de l'ordre de 27 mm. Les tôles utilisées pour l'essai précité étaient en acier traité. L'application d'une pression de 300 tonnes sur l'empilement présentant une épaisseur initiale de 27 mm a permis après compression de ramener l'épaisseur a 25 mm. Des essais ultérieurs ont montré qu'un tel stator présentait un rendement similaire à celui obtenu à l'aide d'un stator composé de tôles annulaires continues soudées. Néanmoins, au niveau du coût, le stator conforme à l'invention permet de substantielles économies dans la mesure où il permet de réduire très notablement les pertes de matières premières. Comme illustré schématiquement sur la figure 5 par le bombage référence 119, au cours de la phase de compression, la matière située entre les portées cylindriques 22, 26 tend à fluer vers l'extérieur. Simultanément, les rivets 118 tendent à suivre cette déformation. On obtient ainsi un assemblage solide des rivets 118 et de l'empilement de tôles. Le calibrage de l'alésage central du stator est réalisé par l'enveloppe extérieure 141 du poinçon 140. Le calibrage des entrées d'encoches est réalisé par les clavettes 145 portées par le poinçon 140. Le calibrage de l'épaisseur du stator est réalisé par les éjecteurs 170, 180. Le calibrage des portées d'appui 20, 24 est obtenu grâce aux surfaces de cali brage radiales des matrices 150, 160. De même, le calibrage des surfaces d'emboîtement cylindrique 22r 26 est obtenu grâce aux surfaces de calibrage cylindriques ménagées sur les matrices 150, 160. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'un stator d'alternateur pour véhicules automobiles, du type comprenant les étapes consistant à - i) réaliser une pluralité de tôles planes (10) en forme de couronne ou de secteur de couronne, munies sur leur périphérie interne de dentures (12) définissant des encoches (14) aptes à recevoir un enroulement de stator, et pourvues d'alésages traversants (116) destinés à recevoir des rivets de maintien (118), - iii empiler une pluralité de ces tôles (10) et engager des rivets (118) dans les alésages alignés (116) de l'empilement, - iii) soumettre l'empilement à une force de compression et calibrer cet empilement au niveau de deux paires de portées adjacentes aux arêtes périphériques extérieures (28, 30) de l'empilement et destinées à reposer contre des paliers support de stator, une des portées de chaque paire étant cylindrique de révolution autour de l'axe (32) du stator, et l'autre portée (20, 24) de chaque paire étant transversale tacet axe (32) et en forme de couronne, caractérisé par le fait que les alésages (116) réalisés à l'étape i) et destinés à recevoir les rivets de maintien (118) sont ménagés au moins en partie sur chaque portée (20, 24) transversale à l'axe du stator, en forme de couronne annulaire. 2. Procédé de réalisation de stator d'alternateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étape iii) consiste à appliquer sur l'empilement de tôles (10) une force axiale de compression au moins égale à 150 tonnes. 3. Procédé de réalisation de stator d'alternateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'étape iii) consiste à appliquer sur l'empilement de tôles (10) une force axiale de compression au moins égale à 300 tonnes et de préférence supérieure à 400 tonnes. 4. Procédé de réalisation de stator d'alternateur selon l'une des revendications 1 à 3, mettant en oeuvre à l'étape iii) un outil de formage comprenant un poinçon central (140) et deux matrices de calibrages (150, 160) comportant chacune deux surfaces de calibrages coaxiales complémentaires des portées (20, 22 ; 24, 26-) du stator, caractérisé par le fait que l'étape iii) consiste à . iii-a) déplacer le poinçon (140) dans l'espace central de l'empilement de tôles (10) du stator puis iii-b) déplacer l'une des matrices de calibrage (150, 160) axialement vers l'autre matrice pour compresser l'empilement de tôles. 5. Procédé de réalisation de stator d'alternateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'outil de formage possède un axe vertical (122), que la matrice inférieure de calibrage (160) est fixe et que l'étape iii) consiste à iii-a) soulever le poinçon (140) dans l'espace central de l'empilement de tôles (10) de stator puis iii-b) abaisser la matrice supérieure de calibrage (150) axialement vers la matrice inférieure. 6. Procédé de réalisation de stator d'alternateur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que le poinçon (140) est pourvu sur sa périphérie d'une pluralité de rainures droites longitudinales (144), recevant des clavettes (145) destinées à pénétrer dans les encoches (14) définies entre chaque paire de dentures (12) de l'empilement de tôles (10). 7. Procédé de réalisation de stator d'alternateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'outil de formage comprend en outre deux éjecteurs annulaires (170, 180), qui prennent appui sur l'empilement de tôles (10), radialement sur l'intérieur de la portée en forme de couronne (20, 24), transversale à l'axe (32) du stator. 8. Alternateur pour véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comprend un stator réalisé selon le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7. 9. Alternateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le stator est réalisé à l'aide de tôles (10) couvrant chacune un secteur limité à un sous multiple de 360 , les tôles étant décalées angulairement d'une couche à l'autre de l'empilement.