Brevet FR2717722A3 — publié le 19950929

FR 2717722 A3 19950929 FR 9502172 A 19950224 " Procédé de soudure par ultrasons des fils des enroule- ments de rotor de machines électriques et dispositif pour sa mise en oeuvre " Etat de la technique L'invention a pour objet un procédé de soudure par ultrasons pour relier les extrémités ou les boucles des enroulements de rotors de machines électriques comportant de préférence des lames de collecteur possédant des talons de raccordement, présentant des surfaces d'appui au moins sensiblement radiales, dépassant de préférence la surface du collecteur, pour recevoir les extrémités ou les boucles des fils des enroulements. Dans les procédés de soudure de ce type (DE- G 89 02 562.8), chaque boucle de fil est relié individuel- lement au talon de la lame associée, de sorte que le col- lecteur défile devant la sonotrode comprenant un nombre de pas cadencés correspondant au nombre de lames de collecteur ou encore aux talons de raccordement. Dans un autre dispo- sitif connu de soudure par ultrasons de fils d'enroulements de rotor sur des lames de collecteur, ceux-ci sont déroulés sur la surface de contact d'une sonotrode (DE-OS 30 17 426). Il est connu également de réaliser, au moyen d'une sonotrode à torsion, des cordons de soudure circulaires. Avantages de l'invention Le procédé de soudure par ultrasons est carac- térisé en ce que le serrage du corps portant l'enroulement du rotor; la mise en appui d'une enclume sur les talons de raccordement, par sa face opposée aux extrémités ou boucles des fils, par engagement radial de l'enclume dans la fente annulaire séparant les talons de raccordement et la tête de l'enroulement; la descente d'une électrode ultrasonique, de forme annulaire, sur les extrémités ou boucles des fils; la soudure simultanée de plusieurs ou de toutes les extrémités ou boucles, sur les talons de raccordement, par excitation de l'électrode, mettant celle-ci en vibration de torsion. Ce procédé a l'avantage de permettre la réalisa- tion de l'ensemble des liaisons de raccordement de l'enroulement du rotor en une seule opération, et par con- séquent de supprimer la rotation pas à pas du rotor. Le procédé de fabrication est simplifié, il demande beaucoup moins de temps. D'autres améliorations de l'invention sont ca- ractérisées en ce que: - les talons de raccordement sont maintenus vers le bas, par des moyens auxiliaires pendant l'opération de soudure. - les talons de raccordement sont, pendant l'opération de soudure, empêchés de tourner par des moyens auxiliaires. Dispositif de soudure par ultrasons pour la mise en oeuvre du procédé présentant les caractéristiques suivantes: a) l'électrode ultrasonique a une tête qui en- veloppe, en position de travail, le collecteur et dont la face frontale constitue une surface de contact rugueuse; b) l'enclume est constituée de parties qui peu- vent être introduites radialement dans la fente annulaire séparant les talons de raccordement et la tête de l'enroulement du rotor, ces parties de l'enclume soutenant axialement, en position de travail, les talons de raccorde- ment; c) pendant l'opération de soudure, l'électrode est appuyée contre la couronne des talons de raccordement et mise en vibration de torsion. Dans la soudure de rotor d'assez grandes dimen- sions, en particulier pour garantir que les talons de rac- cordement sont tous dans un même plan, on maintient leurs extrémités externes en appui sur une enclume, par des moyens appropriés. Lorsque le procédé de soudure présente des forces de torsion assez importantes au niveau de sono- trode, on peut efficacement éviter une déformation due à la torsion en réunissant les parties de l'enclume et/ou les moyens de maintien des talons, d'épaulements empêchant une rotation du collecteur par rapport à la sonotrode. Un dispositif particulièrement approprié à la réalisation du procédé, comprend une sonotrode dont la tête enveloppe, en position de travail, le collecteur et dont la face frontale constitue une surface d'appui rugueuse. Par ailleurs, l'enclume peut être introduite radialement dans la fente annulaire séparant les talons de raccordement et la tête de l'enroulement de rotor. En position de travail, les parties de cette enclume soutiennent axialement les ta- lons de raccordement, de sorte que, pendant l'opération de soudure, l'électrode peut être appliqué axialement sur la couronne constituée par les talons et mise en oscillation de torsion. Dessin Un exemple de réalisation de l'invention est représenté par le dessin annexé et décrit plus en détail ci-après: La figure unique est une représentation schéma- tique, partielle, en coupe longitudinale, d'un rotor d'une machine électrique et de parties d'un dispositif de soudure par ultrasons, en position de travail. Description de l'exemple de réalisation Le rotor comporte un enroulement 10 et un col- lecteur 12, tous deux. montés sur un arbre 14. Le collecteur 12 a un moyeu 16 fait d'une matière isolante dans laquelle sont ancrées les lames 18, isolées entre elles. Chaque lame est terminée par un talon de raccordement 20, dirigé vers l'extérieur et qui doit se trouver en contact électrique par sa surface, situé du côté opposé à l'enroulement 10, avec la boucle 22 des fils d'enroulement 24, 26. Le contact électrique de toutes les boucles 22 est réalisé par soudure à ultrasons, en une seule opération selon l'invention. Le dispositif de soudure comprend une embase , percée d'un alésage 32 de diamètre adapté pour servir de logement à l'extrémité 34 de l'arbre 14, opposée au col- lecteur 12. L'arbre ainsi emmanché repose par un épaulement radial 36 sur un ressort hélicoidal 38 monté dans une par- tie en gradin de l'alésage 32. Sur l'embase 30 sont montées deux consoles 40, 42, indiquées schématiquement, servant de guidage à deux parties d'enclume 44, 46, en forme de demi- coquilles, et symétriques par rapport à l'axe de l'alésage 32. Les parties 44, 46 reposent par le bas sur l'embase 30 et chacune d'elles comporte, en haut, un collet semi- circulaire 48 dirigé vers l'intérieur et qui, en position de travail se trouve sur les talons de raccordement 20. Les moyens d'entraînement assurant le déplacement des parties d'enclume 44, 46 ne sont pas représentés sur le dessin. Dans chaque partie d'enclume 44, 46 peut cou- lisser axialement un serre-flanc 50 ou 52, également en forme de demi-coquille dont chacune comporte un collet se- mi-circulaire 54, dirigé vers l'intérieur et qui, dans la position de travail des parties d'enclume 44, 46 est en prise, par-dessus, avec les extrémités des talons de rac- cordement 26. Les deux serre-flancs 50, 52 sont appliqués vers le haut contre des broches de serrage 58, sous la poussée de ressorts hélicoïdaux 56 logés dans les parties d'enclume 44, 46. Les broches 58 peuvent coulisser vers le bas, sous l'action de moyens d'entraînement non représen- tés, pour occuper une position de serrage, dans laquelle ces broches, par l'intermédiaire des supports 50, 52 appli- quent fermement les talons de raccordement sur les parties d'enclume 44, 46, elles-mêmes en appui sur l'embase 30. Pour assurer le contact et fixer les fils d'enroulement 24, 26 sur les talons de raccordement 20 par soudure à ultrasons, il est prévu une électrode ultrasoni- que 60, comportant une tête enveloppante 62 recouvrant le collecteur 12 et dont la face frontale 62 présente une sur- face de travail rugueuse. La sonotrode 60 est reliée en deux points 66, 68 radialement opposés, à deux convertis- seurs vibrants 70, 72 qui soumettent la sonotrode 60 à des oscillations de torsion. De plus, des moyens, non représen- tés mais indiqués par la flèche A, agissent axialement sur la sonotrode 60 pour appliquer sa face frontale rugueuse 64 sur la couronne constituée par les talons de raccordement , avec la force nécessaire pour obtenir une excellente soudure. La soudure de tous les talons de raccordement avec les fils d'enroulement 24, 25 s'effectue simultané- ment en une même opération, ce qui réduit considérablement la durée du processus et rend inutile les moyens de rota- tion en cadence du rotor. A la fin de l'opération de soudure, la sono- trode 60 est remontée, la pression sur les talons 58 dispa- raît et les parties d'enclume 44, 46 ainsi que les supports , 52 sont ramenés vers l'extérieur, après quoi le rotor est retiré du dispositif qui peut alors recevoir la pièce à traiter suivante. Dans les cas 0o les talons de raccordement dé- passent le diamètre extérieur de la tête d'enroulement, il est possible d'appliquer l'enclume, axialement par le bas, sur les talons. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé de soudure par ultrasons pour re- lier les extrémités ou les boucles des fils des enroule- ments de rotors de machines électriques comportant de préférence des lames de collecteur possédant des talons de raccordement présentant des surfaces d'appui, au moins sen- siblement radiales, dépassant de préférence la surface du collecteur, pour recevoir les extrémités ou les boucles des fils des enroulements, caractérisé par les étapes suivan- tes: - serrage du corps portant l'enroulement 10 du rotor; - mise en appui d'une enclume sur les talons de raccorde- ment 20, par sa face opposée aux extrémités ou boucles 22 des fils, par engagement radial de l'enclume dans la fente annulaire séparant les talons de raccordement 20 et la tête de l'enroulement; - descente d'une électrode ultrasonique 60, de forme annu- laire, sur les extrémités ou boucles 22 des fils; - soudure simultanée de plusieurs ou de toutes les extrémi- tés ou boucles 22, sur les talons de raccordement 20, par excitation de l'électrode 60, mettant celle-ci en vibra- tion de torsion. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les talons de raccordement (20) sont mainte- nus vers le bas, par des moyens auxiliaires (50, 52) pendant l'opération de soudure. 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que les talons de raccordement (20) sont, pendant l'opération de soudure, empêchés de tourner par des moyens auxiliaires. 4 ) Dispositif de soudure par ultrasons pour la mise en oeuvre du procédé pour relier les extrémités ou les boucles des fils des enroulements de rotors de machines électriques comportant de préférence des lames de collec- teur possédant des talons de raccordement présentant des surfaces d'appui, au moins sensiblement radiales, dépassant de préférence la surface du collecteur, pour recevoir les extrémités ou les boucles des fils des enroulements, ainsi qu'une électrode ultrasonique et une enclume sur laquelle s'appuient les talons de raccordement pendant l'opération de soudure, selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, présentant les caractéristiques suivantes: a) l'électrode ultrasonique (60) a une tête (62) qui enveloppe, en position de travail, le collecteur (12) et dont la face frontale -64) constitue une surface de contact rugueuse; b) l'enclume est constituée de parties (44, 46) qui peuvent être introduites radialement dans la fente an- nulaire séparant les talons de raccordement (20) et la tête de l'enroulement du rotor (10), ces parties de l'enclume soutenant axialement, en position de travail, les talons de raccordement (20); c) pendant l'opération de soudure, la sonotrode (60) est appuyée contre la couronne des talons de raccorde- ment (20) et mise en vibration de torsion. ) Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que des moyens (50, 52) sont prévus pour main- tenir les extrémités extérieures des talons de raccordement (20) en appui par leurs faces inférieures sont les parties d'enclume (44, 46). 6 ) Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les parties d'enclume (44, 46) et/ou les moyens (50, 52) de serre-flancs des talons (20) sont munis d'épaulements empêchant la rotation du collecteur (12) par rapport à la sonotrode (60).