Brevet FR2711456A1 — publié le 19950428

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce bobinée comportant des encoches dans lesquelles sont installés des conducteurs électriques. Elle concerne aussi une machine électrique tournante utilisant au moins une pièce magnétique bobinée selon le procédé de l'invention. Dans l'état de la technique, on a déjà proposé de réaliser des induits constitués chacun par un paquet de tôles minces, en un matériau magnétique comme de l'acier au silicium. Plusieurs espaces vides sont pratiqués par emboutissage des tôles avant l'empilement des tôles de façon & constituer des encoches séparées par des dents. Les encoches doivent présenter des ouvertures sur la périphérie externe du paquet de tôles d'une largeur suffisante le long d'une génératrice de l'induit de façon à permettre le passage d'au moins un conducteur électrique rectiligne qui constitue la partie active d'une bobine. Pour augmenter les performances d'une machine électrique bobinée, il convient de disposer d'un nombre d'encoches élevé, fonction du nombre de pôles sur l'inducteur par exemple. De plus, en utilisant les techniques actuelles de bobinage, la section d'une encoche est encore å l'aide des techniques actuelles de bobinage mal remplie par les fils du bobinage qui sont souvent mal rangés. L'invention apporte remède & ces inconvénients de l'art antérieur. En effet, elle concerne une machine électrique tournante dotée d'au moins une partie bobinée qui comporte - des bras radiaux autour d'un axe, et ménageant des espaces de forme prédéterminée, dans lesquels sont insérées les parties actives des bobinages, - des épanouissements polaires disposés sur les extrêmités radiales des bras de façon & refermer les espaces une fois les bobines insérées - des moyens pour solidariser chaque épanouissement polaire sur l'extrèmité radiale du bras qui lui correspond ; notamment de façon à réduire l'espace entre dents de la partie magnétique bobinée comme un induit. C'est un avantage de l'invention de faciliter l'insertion des bobinages dans les encoches ou espaces interbras en présentant une forte ouverture lors de cette étape de la fabrication. C'est un autre avantage de l'invention de permettre de réaliser un taux élevé de remplissage des encoches qui améliore le rendement électromagnétique de la machine. C'est un autre avantage de l'invention de produire une machine dont le couple réluctant est réduit grâce à la réduction de l'ouverture d'encoche, grâce aux épanouissements polaires quasi- jointifs. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une machine électrique tournante dont une partie bobinée au moins est constituée - en disposant une pluralités de tôles découpées de façon à constituer une pluralité de bras radiaux autour d'un axe ; - en disposant ensuite des parties actives de bobines dans les espaces entre bras radiaux ; - en refermant enfin par des épanouissements polaires les espaces entre bras radiaux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris & l'aide de la description et des dessins qui sont - la Figure 1 : une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une application de l'invention au stator d'un moteur à commutation électronique à rotor extérieur - la Figure 2 : un détail de la Figure 1 - la Figure 3 : une vue schématique de montage partiel d'un stator selon la Figure 1 ; - la Figure 4 : une vue schématique d'un stator presque terminé. A la Figure 1, on a représenté un stator vu en coupe partielle, pris comme exemple de partie bobinée. On remarque le paquet de tôles 5 percé d'un alésage central 6 (puis 26 sur les Figures suivantes) d'axe 7 aligné sur l'axe de rotation du rotor (non représenté). Le bras radial 3 ou 3' reçoit un bobinage tout préparé 1 ou 1', installé dans une coque protectrice et électriquement isolante 8 ou 8'. Chaque bobine 8 ou 8' est de forme sensiblement annulaire et est d'axe parallèle, et éventuellement confondu, & l'axe du bras radial 3 ou 3' sur lequel elle est montée. On remarque la forme en trapèze de la section de la bobine. La bobine est préparée & l'avance et montée de façon unitaire sur le stator autour du bras radial auquel elle est destinée. La bobine permettra d'attribuer & chaque bras radial 3, 3' une valeur polaire magnétique N ou S déterminée par l'induction de la bobine 1 ou 1'. D'autre part, il est possible de bobiner le fil de la bobine dans son enveloppe isolante en dehors du stator, ce qui conduit à la réalisation de bobines ayant un fort coefficient de remplissage. C'est en effet un avantage de l'invention de permettre que le coefficient de remplissage des encoches n'est plus limité par les exigences liées & l'opération de bobinage quand elle est exécutée sur la partie bobinée directement. En effet, la bobine de la machine de l'invention est bobinée & l'extérieur de la machine, puis insérée sur celle-ci ultérieurement. A la Figure 2, on a représenté un tel bobinage. Les fils sont de section circulaire, en fil conducteur isolé, et sont disposés en spires jointives de sorte que deux alignements 9 et 10 successifs dans la bobine soient décalés d'un rayon de la section circulaire de fil, alternativement dans un sens et dans l'autre, et ce dans deux directions orthogonales. Dans le mode de réalisation préféré, les directions 9 et 10 sont perpendiculaires & la fois & l'axe de rotation 7 de la machine et à l'axe du bras radial 3 ou 3' quand la bobine est insérée. De façon à permettre leur insertion sur des bras angulairement répartis, la bobine en coupe est terminée par un alignement 11 de fils, incliné d'un angle sensiblement égal & l'ouverture angulaire des bras radiaux du stator ainsi qu'on le comprendra à la suite. A la Figure 3, on a représenté un schéma de montage, lorsque le paquet de tôles du stator a été constitué. Chaque tôle est découpée & la forme telle qu'on l'a représenté en 12 & la Figure 3, et est empilée et collée sur la tôle précédente. La section d'un bras radial 1 est sensiblement constituée par un quadrilatère dont la largeur est égale & la largeur d, représentée & la Figure 3, et la longueur est égale & la hauteur h du paquet de tôles, c'est & dire, au coefficient de foisonnement près, au nombre de tôles empilées multiplié par l'épaisseur de la la tôle choisie. Cette section s'adapte å celle de l'alésage 13 de la bobine 1 qui est représentée en cours d'insertion. La longueur de la bobine est inférieure ou égale & la longueur 1 des bras radiaux. Une fois la bobine 1 insérée sur le bras radial 3, on ajoute au bras radial son épanouissement polaire 4 dont la périphérie 14 s'adapte pour constituer ultérieurement l'entrefer entre stator et rotor. La face arrière 15 de l'épanouissement polaire est conformée d'une part de façon & porter des moyens de solidarisation de l'épanouissement polaire et du bras radial 1 qui lui correspond, et d'autre part de façon à appuyer sur la bobine 1 par son enveloppe protectrice 8. De cette façon la bobine 1 est solidarisée du stator et est entièrement protégée. Dans l'exemple de réalisation, la face arrière 15 de l'épanouissement polaire 4 est plane et perpendiculaire & l'axe du bras radial. Pour augmenter la section bobinée, la face arrière 15 peut être creuse de façon à loger une partie supplémentaire du bobinage 1. Dans le mode de réalisation préféré, représenté au dessin, les moyens de solidarisation de l'épanouissement polaire 4 et de son bras radial 3 sont constitués par une queue d'aronde 17 destinée à recevoir une mortaise 18 creusée dans la face arrière 15 de l'épanouissement polaire. A cette fin, l'épanouissement polaire est levé au dessus du plan de la Figure 3, et inséré vers le bas le long de la queue d'aronde 17 puis fixé & demeure par collage, insertion å force ou autrement. Dans un autre mode de réalisation non représenté au dessin, l'épanouissement polaire 4 est percé d'un canal & bords parallèles & la direction d'insertion sur le bras radial et qui prend la place de la mortaise 18 de la Figure 3. Le bras radial 3 comporte une avancée destinée & venir se loger dans le canal. Pour permettre une bonne fixation ainsi qu'une limitation des pertes électromagnétiques, l'épanouissement polaire 4 est constitué en un paquet de tôles découpées identiquement qui sont, après la découpe, solidarisées par des moyens connus. Dans un mode de réalisation, les tôles correspondent exactement au paquet des tôles empilées qui constituent les bras radiaux 1. A la Figure 4, on a représenté un stator pour un moteur à commutation électronique à rotor extérieur identique à celui de la Figure 3, mais après que presque toutes les encoches aient été occupées. Une dent 2 est constituée d'un bras radial 3 et de son épanouissement polaire 4. Une fois les deux dents successives 2 et 19 constituées, on remarque que l'espace entre elles constituent une encoche 20 occupée par deux demies bobines 21 et 22. Les épanouissements polaires correspondants 4 et 24 présentent un écart 23 aussi reserré que possible de façon & présenter un flux de fuite réduit. Il faut seulement éviter le court circuit magnétique puisque deux dents successives 2 et 19 présentent des polarités magnétiques opposées. Il faut aussi présenter un espace limitant les risques d'amorçage d'arc en fonction des courants de perte circulant dans la masse feuilletée du stator constitué. On remarque dans le mode de réalisation, que le fond 25 de chaque encoche est vide et qu'il prend la forme d'un triangle limité par l'espace ménagé entre deux bras radiaux successifs et par les fonds des enveloppes de bobines. Si on veut occuper ce volume, les bobines ont des formes adaptées de sorte que l'espace vide 25 soit aussi limité que possible. Dans un mode de réalisation, le fond de chaque bobine vient en butée sur la face au fond de l'espace entre deux bras radiaux. Enfin, on remarque qu'un léger espace est ménagé entre deux bobines installées dans la même encoche de façon à éviter les court- circuits électriques. Dans un mode de réalisation non représenté au dessin, l'espace entre deux bobines est occupé par une enveloppe isolante. Dans le procédé de fabrication de l'induit selon l'invention, on remarque que l'ensemble des opérations est automatisable. Dans un exemple de réalisation de procédé automatique, les tôles sont découpées et associées en paquets de tôles réservés pour le stator proprement dit et réservés pour les épanouissements polaires, selon des procédés connus en soi, de façon à être amenés sour forme de paquets constitués. L'alésage central 26 du paquet de tôles du stator proprement dit est monté par un noyau de montage sur une tourelle motorisée contrôlée par un automate de fabrication, et un bras radial 3 est présenté devant un poste d'insertion automatique de bobine 1, lui- même contrôlé par l'automate de fabrication en synchronisme avec le mouvement de la tourelle. La bobine a été fabriquée de manière unitaire et est insérée ensuite comme il a été décrit. Le poste d'insertion dispose ensuite le paquet de tôles constituant l'épanouissement polaire et le fixe au bras radial. Puis, la tourelle sur laquelle est fixé le paquet de tôles statorique tourne d'un angle égal au pas entre deux bras radiaux et l'opération reprend jusqutà la fin de la fabrication de la partie magnétique bobinée (ici un stator). D'autres formes de bobines sont aussi utilisées, avec des bobinages imbriqués ou ondulés notamment en ajoutant sur chaque bras plusieurs bobines ou galettes isolées qui sont ensuite électriquement connectées sur un circuit électrique de puissance de manière convenable. D'autres bobinages sont aussi utilisés dans lesquels l'espace entre deux bras est occupé par des conducteurs rectilignes, parallèles & l'axe de rotation du moteur, les bobines étant constituées avec des retours ou chignons dans les plans au dessus et au dessous du plan des dessins. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante dotée d'au moins une partie bobinée, caractérisée en ce qu'elle comporte - des bras radiaux autour d'un axe, et ménageant des espaces de forme prédéterminée, comportant des parties actives de bobinages, - des épanouissements polaires disposés sur les extrêmités radiales des bras de façon & refermer les espaces une fois les bobines constituées, - des moyens pour solidariser chaque épanouissement polaire sur l'extrémité radiale du bras qui lui correspond. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour produire un couple réluctant réduit, l'ouverture d'encoche est réduite, en réalisant des épanouissements polaires quasi- jointifs. 3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que elle comporte au moins un bobinage tout préparé (1, 1'), installé dans une coque protectrice et électriquement isolante (8, 8'), la bobine étant préparée & l'avance et montée de façon unitaire sur le stator autour du bras radial auquel elle est destinée, et la bobine étant du type présentant un taux élevé de remplissage des encoches. 4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque bobine (8, 8') est de forme sensiblement annulaire et est d'axe parallèle, et éventuellement confondu, à l'axe du bras radial (3, 3') sur lequel elle est montée. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section de la bobine, prise dans un plan orthogonal & l'axe de la bobine, présente une forme en trapèze, et en ce que les fils du bobinage sont de section circulaire, en fil conducteur isolé, et sont disposés en spires jointives de sorte que deux alignements (9, 10) successifs dans la bobine soient décalés d'un rayon de la section circulaire de fil, alternativement dans un sens et dans l'autre, et ce dans deux directions orthogonales, la bobine étant terminée par un alignement (11) de fils, incliné d'un angle sensiblement égal à l'ouverture angulaire des bras radiaux de façon & permettre son insertion sur des bras angulairement répartis. 6. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la bobine (1) comporte un alésage central (13) destiné & s'adapter sur le bras radial (3). 7. Machine selon l'une des revendications 3 & 6, caractérisée en ce que l'espace ménagé entre deux bras radiaux successifs et les fonds des enveloppes de bobines est réduit en réalisant des bobines de formes adaptées de sorte que l'espace vide (25) soit aussi limité que possible, notamment le fond de chaque bobine venant en butée sur la face au fond de l'espace entre deux bras radiaux. 8. Machine selon l'une des revendications 3 & 7, caractérisée en ce que, de façon & éviter les court- circuits électriques, l'espace ménagé entre deux bobines installées dans la même encoche est occupé par une enveloppe isolante comme de l'air. 9. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les bobinages sont de type imbriqués ou ondulés notamment en ajoutant sur chaque bras plusieurs bobines ou galettes isolées qui sont ensuite électriquement connectées sur un circuit électrique de puissance de manière convenable. 10. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épanouissement polaire (4) présente une périphérie (14) adaptée pour constituer ultérieurement l'entrefer entre stator et rotor. 11. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épanouissement polaire (4) présente une face arrière (15) conformée d'une part de façon à porter des moyens de solidarisation de l'épanouissement polaire et du bras radial (3) qui lui correspond, et d'autre part de façon à appuyer sur la bobine (1) par son enveloppe protectrice (8). 12. Machine selon la revendications 10, caractérisée en ce que les moyens de solidarisation de l'épanouissement polaire (4) et de son bras radial (3) sont constitués par l'un des moyens suivants pris isolément ou en combinaison - une queue d'aronde (17) destinée à recevoir une mortaise (18) creusée dans la face arrière (15) de l'épanouissement polaire, - une avancée (17) destinée & recevoir un canal (18) creusé dans la face arrière (15) de l'épanouissement polaire. 13. Procédé de fabrication d'une machine électrique tournante dont une partie bobinée au moins est constituée - en disposant une pluralités de tôles découpées de façon à constituer une pluralité de bras radiaux autour d'un axe ; - en disposant ensuite des parties actives de bobines dans les espaces entre bras radiaux ; - en refermant enfin par des épanouissements polaires les espaces entre bras radiaux. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, les moyens de solidarisation entre bras radial et épanouissement polaire étant du genre à queue d'aronde, l'épanouissement polaire est levé au dessus du plan des tôles, et inséré vers le bas le long de la queue d'aronde (17) puis fixé à demeure par collage, insertion & force ou autrement. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que - les tôles sont découpées et associées en paquets de tôles réservés pour le stator proprement dit et réservés pour les épanouissements polaires, selon des procédés connus en soi, de façon à être amenés sour forme d'un paquet constitué; - l'alésage central (26) du paquet de tôles du stator proprement dit est monté par un noyau de montage sur une tourelle motorisée contrôlée par un automate de fabrication, et un bras radial (3) est présenté devant un poste d'insertion automatique de bobine (1), lui- même contrôlé par l'automate de fabrication en synchronisme avec le mouvement de la tourelle ; - la bobine a été fabriquée de manière unitaire et est insérée ensuite sur le bras radial ; - le poste d'insertion dispose ensuite le paquet de tôles constituant l'épanouissement polaire et le fixe au bras radial ; - puis, la tourelle sur laquelle est fixé le paquet de tôles statorique tourne d'un angle égal au pas entre deux bras radiaux et l'opération reprend jusqu' & la fin de la fabrication de la partie magnétique bobinée comme un stator de moteur A commutation électronique & rotor extérieur.