Brevet FR2641909A1 — publié le 19900720

La présente invention est du domaine de la construction électrique et elles plus particulièrement pour objet un procédé de réalisation de cages de machines dynamo-électriques, cages telles que stators d'alternateurs pour l'automobile, ainsi que les cages réalisées selon le procédé. On rappelle, pour mieux situer l'invention, que les alternateurs, et en particulier ceux pour l'automobile, sont essentiellement constitués d'un rotor et d'un stator, le stator supportant des bobines dans lesquelles un courant électrique est induit par des bobines du rotor le stator a la forme d'un manchon cylindrique constitué d1un empilement de tôles magnétiques en couronne comportant des encoches radiales orientées vers l'intérieur de la couronne et aéfi- nissant des pièces polaires dites dents autour desquelles sont disposées les bobinages. De nombreux procédés de réalisation de telles cages ont été proposés, que l'on peut classer en deux granaes catégories. Des procédés d'une première catégorie consistent à empiler de fanon hélicoidale une bande continue découpée dans un feuillard rectiligne avec cintrage simultané de la bande découpée , de tels procédés sont décrits dans les publications FR-2 004 181 (JOSEPH LUCAS), DE-1 952 586 (KABUSHIKI) et US-3 062 267 (HART et al.) , apparenté à ces procédés est autre procédé consistant en la découpe préalable de tôles rectilignes d'une longueur égale au développement de la cage, puis en l'empilage et le soudage de ces bandes puis le cintrage de l'empilement soudé puis enfin soit le soudage des bords jointifs des empilements cintrés (FR-1188515 (THOMSON) > soit l'agrafage ou l'accrochage (FR-2 342 576 (SEVMARCHAL)). Ces procédés ont un avantage, grâce aux possibilités d'automatisation qu'ils autorisent de permettre des coûts de production relativement bas, mais ils ont l'inconvénient de nécessiter des moyens de mise en oeuvre très couteux, ce qui les rend peu économiques pour de petites séries de production. Des procédés d'une deuxième catégorie consistent en le découpage de tôles en couronnes ou en secteurs de couronne, puis en l'assemblage des -secteurs de couronne ; cet assemblage epeut être réalisé par rivetage (FR2612703 (DUCELLIER)) ou encore par sertissage. La publication EP-0136740 (BOURGEOIS) décrit un procédé suivant lequel des tôles sont découpées en segments de couronne, puis empilées avec un décalage angulaire d'une couche à l'autre, puis finalement assemblées par rivetage. Ces derniers procédés conviennent mieux aux séries moyennes que les précédents, mais ils présentent cependant l'inconvénient de fournir des cages qui sont d'une part bruyante après un certain temps d'utilisation, et d'autre part qui ont un rendement amoindri dans la transmission du flux magnétique. La présente invention se donne pour but de proposer un procédé de fabrication de cages, ou stators, de machines dynamo-électriques, permettant un abaissement substanciel du coût de fabrication, même pour des séries faibles, tout en assurant à ces dernières un rendement pratiquement aussi élevé que celui des stators de la première caté gorie, et tout aussi silencieuse, même après un-très long temps de service. Selon la présente invention un procédé de fabrication de cages magnétiques de machines dynamo-électriques, telles que stators d'alternateurs, du type de cages constituées d'un empilement face contre face de tôles magnétiques découpées en secteurs de couronne circulaire comportant des encoches radiales orientées vers l'intérieur de la couronne et définissant des pièces polaires, dites dents, les dites tôles pouvant être soudées les unes aux autres sur leur bord extérieur, est caractérisé dans sa généralité en ce qu'il comprend les étapes successives consistant à :: a1-découper dans un ruban de tôle, ou feuillard, les tôles élémentaires en secteur de couronne avec une ouverture d'arc A au plus égale à 1300, b)-empiler et juxtaposer les tôles ainsi découpées, pour former, sur un gabarit d'assemblage, un manchon cylindrique dans lequel les bords radiaux des tôles sont jointifs pour les tôles d'une même couche et superposés d'une couche à l'autre, c)-souder suivant des ganératri- ces du manchon, correspondant aux lignes de jonction et de superposition, les tôles voisines et superposées, et enfin faire suivre ces étapes des opérations habituelles de conformation par matriçage, et de finition. S1 les échancrures qui forment les sillons dans lesquels sont déposés les cordons de soudure sont suffisamment profondes, par exemple de quatre à cinq millimètres on obtient une transmission du flux magnétique pratiquement aussi. bonne qu'avec un découpage en couronne des tôles. Suivant une première variante, les opérations de soudage sont réalisées par dépose de cordons de soudure dans des échancrures, alignées, des tôles superposées. Ce procédé présente en outre l'avantage de permettre le découpage des tôles imbriquées les unes dans les autres, en vue d'éviter au maximum la formation de cnutes. Pour ce taire, chaque tôle en secteur de couronne s'entend sur un arc du groupe d'arcs comprenant les sous-multiples de 3600, par exemple : l'arc de 1200, l'arc de 9UO et l'arc de 600. Suivant une deuxième variante les opérations de soudage peuvent être effectuées par la technique dite du "rapprochement" suivant laquelle les tôles sont pincées fortement entre deux électrodes. Il résulte de ces - façons de procéder que l'on réalise simultanément l'assemblage des secteurs d'une même couche de tôles, et l'assemblage des couches superposées, entre elles ; il en résulte aussi une grande stabilité de l'assemblage dans le temps et, de ce fait, un niveau de bruit tout à fait convenable. La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la descrlp- tion a'une forme particulière de mise en oeuvre, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles -la fig.l (ia,lb) est une illustration d'un mode de dé'coupage autorisée par le procédé de l'in invention, -la fig.2 (2a,2b) est une illustration d'un second mode de découpage, -la -fig.3 (3a,3b), représente, en plan, une tôle découpée en secteur de couronne, conformément à l'invention, -la fig.4 (4a,4b) est une représentation cavalière d'un poste d'assemblage où est mis en oeuvre le procédé de l'invention,et -la fig.5 (5a,5b), illustre de manière analogue une cage ayant une structure caractéristique résultant du procédé de l'invention. Sur l'ensemble des figures, des lignes mixtes a-A séparent les tôles en deux moitiés représentant chacune une aécoupe propre à l'une des deux variantes de soudage : la découpe de la moitié gauche (a) est appropriée au soudage avec métal d'apport, la découpe de la moitié droite (b) est appropriée au soudage par rapprochement ; les tôles sont, de préférence, sort d'un type de découpe, soit de l'autre. Sur la fig.l, des découpes 2 en secteur de couronnes sont pratiquées dans un feuillard-l dont la largeur est très légèrement supérieure à la dimension longitudinale des secteurs ; il apparaît bien sur la figure comment le bord extérieur courbe de l'un s'imbrique dans la courbure du bord intérieur de son voisin. Sur la fig.2, une disposition de découpe analogue à celle de la figure précédente, en diffère cependant par le fait que deux découpes 5,6 sont en prolongement l'une de l'autre dans le sens transversal du feuillard 7, ce qui permet d'économiser, par rapport au mode découpe de la figure précédente, la valeur d'un chute d'extrémité. Sur la fig.3, et à gauche (3a) de la ligne A-A, une tôle découpée en secteurs de couronne com portant, de façon connue, un certain norabre d'encoches 7 définissant entre elles des dents 8 formant pièces polaires autour desquelles seront disposés les bobinages, est remarquable en ce qu'elle pedt comporter à ses deux angles 9 d'extrémité, une troncature 10 en demi-V ; cette troncature de l'angle d'extrémité peut former, lorsque deux secteurs sueront aboutés sur la circonférence, une échancrure en V qui servira de sillon de dépose d'un cordon de soudure, mais on remarque aussi, en rapprochant la fig.3 des précédentes, que cette troncature qui est réalisée lors du découpage, à aussi pour effet de réduire substanciellement la largeur nécéssaire du feuillard, ce qui se traduit finalement par une économie supplémentaire de matière. I1 est important de noter que, bien que les exemples illustrent des cas de.réalisation de secteurs de couronne à 900 d'arc, sensiblement les même dispositions se retrouveraient avec des arcs de valeurs différentes. Sur la fig.3 toujours, ' mais à droite (3b) de la ligne A-A une tôle analogue à celle représentée sur l'autre moitié de la figure, ne comporte pas de troncature à ses angles 9, mais simplement des petits rayons 9' d'environ 0,5 mm. Sur la fig.4, illustrant une phase caractéristique du procédé, un empilement 12 de tôles 13, analogues aux tôles de la fig.3, a été formé autour d'un noyau cylindrique i4 contre lequel les tôles sont maintenues plaquées par des mors- 15 qui assurent aussi leur maintien en compression les unes contre les autres. On remarque que les bords d'extrémité des tôles ont été alignés perpendiculairement au plan des tôles. Sur la partie de la figure située à gauche (4a) de ligne A-A, les échancrures, alignées lors de l'empilage, forment des sillons en V tels que le sillon 14 ; des têtes 19 de soudage automatisé à l'arc électrique déposent dans les . sillons des cordons 16 de métal d'apport (première variante). Sur la partie de la figure située à droite (4b) de la ligne A ,des électrodes 20 compriment entre elles le paquet de tôles pour effectuer, par effet Joule, la "refusion" de la colonne de tôle 14' située entre elles (deuxième variante). A l' Sur la fig.5 une cage obtenue selon le procédé sus-décrit est remarquable en ce que plusieurs zones de soudage, par apport de metal ou par refusion par rapprochement, telles que 17 et 17' respectivement, s'étendent axialement d'une extrémité à l'autre de l'empilement de tôles, et en ce que ces zones de soudage s'étendent radialement sur une profondeur e de plusieurs (quatre à cinq) millimètres de la surface cylindrique, vers l'axe du cylindre. Bien que l'on ait décrit ou représenté des formes particulières de réalisation, tant du procédé que des produits obtenus, il doit être compris que la portée de l'invention n'est pas limitée à ces formes, mais qu'elle sétend à tout procédé du genre, et aux produits en découlant, comportant les caractéristiques enumérées dans les revendications. REVENDICATIONS 1.- Procédé ae fabrication de cages magnétiques de machines dynamo-électriques, telles que stators d'alternateurs, du type de cages constituées d'un empilement face contre face de tôles magnétiques découpées en secteurs de couronne circu laire comportant des encoches radiales orientées vers l'inté rieur de la couronne et définissant des pièces polaires, dites dents, les dites tôles pouvant être soudées les unes aux autres sur leur bord extérieur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives consistant à a)-découper dans un ruban de tôle, ou feuillard (1,3X, les tôles élémentaires en secteur de couronne (2,5,6) avec une ouverture d'arc A au plus égale à 1300, b)-empiler (13) et juxtaposer les tôles ainsi découpées, pour former, sur un gabarit d'as semblage, un manchon cylindrique (12) dans lequel les bords radiaux des tôles sont jointifs pour les tôles d'une même couche et superposés d'une couche à l'autre, c)-souder suivant des généra trices (14,14') du manchon correspondant aux lignes de jonc tion et de superposition, les tôles voisines et superposées, et enfin faire suivre ces étapes des opérations habituelles de conformation par matriçage, et de finition 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé :: en ce que l'opération de soudage est réalisée par dépose de cordons de soudure (16) dans des échancrures, alignées, des tôles superposées 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de soudage est réalisée par la technique dite du "rapprochement" suivant laquelle les tôles sont pincées fortement entre deux élec trodes (20) 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une tôle (e) est découpée dans la direction transversale du feuillard (1); ' 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins deux tôles (5,) sont découpées dans la direction tranversale du feuil lard (3), leur orientation alternant d'une tôle à l'autre b.- Cage de machine dynamo-électrique obtenues selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisées : en ce que chaque tôle en secteur de couronne s'étend sur un -arc du groupe d'arc comprenant les sous-multiples de 3600 ; 7.- Cage de machine dynamo-électrique obtenues selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisées : : en ce qu'au moins ^ trois zones (17,17') de soudage équiréparties sur le pourtour de la cage cylindrique s'étendent, chacune, axialement suivant une génératrice du cylindre et radialement sur une profondeur e de quatre à cinq millimètres.