Brevet FR2745442A1 — publié le 19970829

L'invention concerne une partie tournante de machine électrique, un moteur à courant continu pour véhicule automobile comprenant une telle partie tournante et un procédé de fabrication d'une telle partie tournante. S On connaît des moteurs à courant continu de motoventilateur de véhicule automobile, comportant un inducteur à aimants permanents et un induit bobiné. Cet induit présente un support et un bobinage de forme générale cylindrique constitué de brins bobinés sur le support. La circulation d'un courant dans les brins placés dans le champ magnétique généré par l'inducteur fait naître une force de Laplace dans les brins qui provoque la rotation de l'induit autour de son axe. Les brins comportent des tronçons rectilignes, parallèles à l'axe de l'induit, et aux extrémités de ceux-ci des tronçons intermédiaires reliés au collecteur ou à un autre tronçon rectiligne. La force de Laplace apparaît uniquement dans les tronçons rectilignes. Les tronçons intermédiaires inactifs sont disposés et 0 assemblés entre eux aux faces d'extrémités axiales du bobinage pour occuper un espace réduit. Ils constituent ainsi des reliefs appelés chignons d'induit. L'encombrement des chignons suivant la direction axiale du moteur est important, et peut être égal à la longueur des tronçons rectilignes actifs. L'encombrement axial du moteur lui-même dépend donc pour une bonne part de l'encombrement axial des chignons. Or, dans l'industrie automobile, entre autres, il existe aujourd'hui une demande croissante pour des moteurs d'encombrement axial réduit. Par ailleurs, la dimension du bobinage suivant la direction axiale, qui est importante, est assortie d'un intervalle de tolérance lui-même important. Il s'ensuit que les pièces du moteur adjacentes au bobinage occupent des positions tenant compte de cet intervalle de tolérance. L'encombrement axial du moteur est donc doublement augmenté. En outre, la répartition en volume des brins et des chignons est généralement peu régulière. Cette mauvaise répartition crée un déséquilibre en poids qu'il est nécessaire de compenser en rééquilibrant l'induit avant montage. Cette compensation constitue une opération d'autant plus délicate que le déséquilibre initial est important. Un but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'une partie tournante bobinée ayant des chignons présentant une dimension axiale réduite et un intervalle de tolérance réduit associé à cette dimension, et répartis de façon plus régulière que les chignons des parties tournantes connues. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un procédé de fabrication d'une partie tournante bobinée pour machine électrique, comprenant l'étape consistant à bobiner des brins conducteurs sur un support de façon à réaliser un bobinage de forme générale cylindrique présentant deux faces d'extrémités axiales, le procédé comprenant en outre l'étape consistant à soumettre le bobinage à un effort de pressage orienté suivant une direction axiale du bobinage et exercé entre les deux faces d'extrémités axiales du bobinage. L'effort de pressage provoque l'écrasement des chignons suivant la direction axiale et entraîne ainsi une réduction importante de l'encombrement axial du bobinage. L'écrasement permet en outre de réduire de façon importante l'intervalle de tolérance associé à la dimension axiale du bobinage. Ainsi, au total, le gain de place réalisé suivant la direction axiale de la partie tournante est égal à la somme de la réduction axiale des chignons et de la réduction de l'intervalle de tolérance. Ce gain de place permet en retour de réduire l'encombrement axial total de la machine. En outre, l'écrasement améliore la répartition en volume des brins et des chignons dans le sens d'une plus grande régularité. Le déséquilibre à compenser sur vla partie tournante est donc moins important que dans les parties tournantes connues précitées. On prévoit également selon l'invention une partie tournante bobinée pour machine électrique comportant un support et un bobinage de forme générale cylindrique présentant deux faces d'extrémités axiales et constitué de brins bobinés sur le support, dans laquelle les deux faces d'extrémités axiales du bobinage sont planes et perpendiculaires à un axe du bobinage. Cette partie tournante est obtenue par le procédé selon l'invention et présente ainsi une dimension axiale réduite. On prévoit en outre selon l'invention, un moteur à courant continu pour véhicule automobile, ce moteur comportant une partie tournante conforme à l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre du procédé et d'un mode de réalisation de la partie tournante, donnés à titre d'exemples non limitatifs. Aux dessins annexés: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un moteur comportant un induit selon l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un brin du moteur de la figure 1; - la figure 3 est un schéma de principe d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et - les figures 4 et 5 sont des vues en coupe axiale de l'installation au niveau de l'induit lors de deux étapes respectives de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 présente un moteur 2 à courant continu de motoventilateur pour véhicule automobile. Ce moteur comporte une carcasse fixe 4 et des aimants permanents 6 fixés intérieurement à la carcasse, la carcasse et les aimants constituant un inducteur du moteur. Il comporte en outre un induit 8 selon l'invention constituant la partie tournante du moteur. L'induit 8 est fabriqué selon le procédé qui va être décrit ci-après. On réalise un support d'induit 14 en disposant des tôles 13 de forme générale circulaire, parallèlement entre elles, concentriquement les unes contre les autres. On constitue ainsi un paquet de tôles de forme générale cylindrique d'axe 12. Ces tôles présentent des encoches radiales constituant de par l'assemblage des tôles des rainures non représentées ayant un fond parallèle à l'axe 12 du cylindre. On fixe au paquet de tôles un arbre 10 traversant le paquet de tôles suivant son axe 12. On bobine ensuite des brins 9 sur le support 14 de façon à réaliser un bobinage d'induit de forme générale cylindrique. Les brins sont notamment engagés dans les rainures radiales du paquet de tôles. Les brins comportent ainsi des tronçons rectilignes parallèles à l'axe 12, s'étendant dans les rainures et destinés à provoquer la rotation de l'induit lorsque le brin est parcouru par un courant, sous l'effet du champ crée par l'inducteur. Les brins comportent aussi des tronçons inactifs courbes, s'étendant aux extrémités des tronçons rectilignes actifs, et reliant les tronçons rectilignes entre eux ou constituant des extrémités des brins. Les tronçons inactifs courbes sont assemblés et entrelacés pour constituer des chignons d'induit définissant deux faces d'extrémités axiales opposées 15 du bobinage. Sur chaque face d'extrémité, les chignons ont une disposition annulaire d'axe 12. On fixe également à l'arbre 10 un collecteur 16 d'axe 12, auquel sont connectées les extrémités des brins. En référence à la figure 2, chaque brin 9 comprend un fil de cuivre 11 et une gaine 13 recouvrant le fil. La gaine est constituée d'un matériau thermodurcissable et isolant de l'électricité. Par thermodurcissable, on entend comme il est bien connu, un matériau présentant une certaine souplesse à l'état brut et qui, lorsqu'il est chauffé à une température au moins égale à un seuil prédéterminé caractéristique du matériau, devient rigide, y compris après refroidissement. En référence aux figures 3 à 5, une étape suivante du procédé met en oeuvre une presse comportant deux vérins 18 coaxiaux. Chaque vérin comprend un corps de vérin fixe 20, un piston 22 mobile à coulissement par rapport au corps du vérin et une matrice 24 montée à une extrémité du piston distante du corps 20. Les deux vérins sont disposés avec leurs matrices 24 se faisant face. Une source de fluide 26 permet de commander l'actionnement des vérins dans les deux sens de déplacement des pistons 22. La presse comporte en outre une embase 25 disposée entre les matrices et agencée pour supporter l'induit 8 durant cette étape. Cette embase présente une surface supérieure de forme cylindrique concave coaxiale aux vérins 18 et de même rayon que le rayon du pourtour du bobinage. Cette embase supporte ainsi l'induit dans une position o l'axe 12 de l'induit est confondu avec l'axe des vérins. Chaque matrice 24 comporte un fond 26 perpendiculaire à l'axe 12 et solidaire du piston 22 associé, et une paroi latérale 28 de révolution autour de l'axe 12, de forme générale conique s'étendant depuis le fond 26 en s'évasant en direction de l'autre matrice (et de l'induit lorsqu'il est en place). La paroi latérale 28 présente une face d'extrémité 30 opposée axialement au fond 26, s'étendant en regard de l'autre matrice, (ou de l'induit lorsque celui-ci est en place sur l'embase 25). Cette face 30 est plane perpendiculaire à l'axe 12 et conformée en anneau plat. Cette face a des dimensions suffisantes pour s'étendre en regard de toute la face d'extrémité axiale 15 du bobinage qui lui est associée. On dispose l'induit 8 sur l'embase 25 coaxialement aux vérins 18. A ce stade, la dimension du bobinage suivant l'axe 12 est notée d en référence à la figure 4. Cette dimension d est mesurée d'une face d'extrémité axiale 15 à l'autre, à partir des sommets des chignons. En référence à la figure 5, on commande ensuite l'actionnement des vérins dans le sens du rapprochement mutuel des matrices 24. Les faces 30 des matrices sont ainsi appliquées contre les chignons, sur les faces d'extrémités axiales 15 du bobinage. On soumet le bobinage à un effort de pressage F orienté suivant l'axe 12 et exercé entre les deux faces d'extrémités axiales 15. L'effort de pressage doit être suffisant pour produire un certain écrasement des chignons et ainsi réduire la dimension axiale du bobinage pour lui donner une valeur d' sensiblement inférieure à d. Néanmoins, cet effort sera inférieur à une intensité limite à partir de laquelle les brins, leur gaine ou leur fil conducteur, pourraient être endommagés par le pressage. Cette intensité limite est déterminée en pratique, en fonction du type d'induit considéré. L'effort F vise à compacter le bobinage suivant la direction axiale. En outre, durant cette étape de pressage, on fait circuler un courant électrique dans les brins en alimentant le collecteur 16 de façon adaptée. Ce courant est choisi pour avoir une intensité suffisante pour chauffer le bobinage par effet JOULE jusqu'à une température égale ou supérieure à la température de durcissement du matériau constituant la gaine 13. Les brins sont ainsi alimentés jusqu'à obtenir la polymérisation du matériau, dont résulte son durcissement. Dès lors, on cesse d'alimenter les brins en courant électrique, et on met fin au pressage en commandant l'actionnement des vérins de sorte que les matrices 24 s'éloignent de l'induit 8. Le matériau des gaines ayant été durci, il ne se produit pas de détente significative du bobinage, notamment des chignons, suivant l'axe 12 par effet ressort. Les gaines maintiennent les chignons écrasés dans la position de pressage. La dimension axiale du bobinage demeure égale à d'. Les faces d'extrémités 15 du bobinage sont maintenant planes et perpendiculaires à l'axe 12. Elles peuvent présenter des cavités entre certains chignons écrasés. Ces faces étant constituées par les chignons écrasés, elles présentent néanmoins à l'échelle millimétrique l'aspect irrégulier généré par les brins serrés les uns contre les autres. On a ainsi réduit la dimension axiale du bobinage. En outre, l'intervalle de tolérance à associer à cette dimension réduite d' du bobinage peut être lui-même sensiblement réduit par rapport à l'intervalle attaché à la dimension axiale d avant pressage. La réduction de l'intervalle de tolérance sera par exemple égale à la réduction de la dimension axiale, à savoir d-d'. Le gain de place réalisé sera donc égal à la somme de la réduction de la dimension axiale et de la réduction axiale de l'intervalle de tolérance, soit 2 x (d-d'). Le gain de place est donc égal au double de la réduction axiale effectuée sur les chignons. Ce gain de place est répercuté sur la position des pièces du moteur de la figure 1 adjacentes aux faces d'extrémités du bobinage et permet de réduire la dimension axiale du moteur. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. On pourra chauffer les brins lors du pressage sans les alimenter en courant, grâce à des moyens de chauffage adaptés. On pourra par ailleurs utiliser des brins comportant une gaine en matériau isolant classique, et appliquer sur les brins avant l'étape de pressage une substance liquide chaude durcissable au refroidissement, telle qu'une résine ou une laque. On effectue alors le pressage du bobinage comme précité, sans chauffer le bobinage et on prolonge l'étape de pressage jusqu'au refroidissement de la substance. Une fois celle-ci refroidie et donc durçie, on met fin au pressage. L'induit comportera dès lors des brins collés les uns aux autres au moyen de ce matériau appliqué sur les brins. L'invention est applicable à des parties tournantes de machines électriques telles que des moteurs à courant alternatif, des alternateurs ou des dynamos. Le terme "effort de pressage" sera compris au sens large, comme couvrant toute sollicitation d'au moins une face d'extrémité axiale du bobinage par rapport à l'autre face en vue de son écrasement. Notamment, le pressage pourra être progressif ou brusque. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une partie tournante bobinée (8) pour machine électrique, comprenant l'étape consistant à bobiner des brins conducteurs (9) sur un support (14) de façon à réaliser un bobinage de forme générale cylindrique présentant deux faces d'extrémité axiales, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à soumettre le bobinage à un effort de pressage (F) orienté suivant une direction axiale (12) du bobinage et exercé entre les deux faces d'extrémités axiales (15) du bobinage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on bobine sur le support des brins conducteurs (9) comportant une gaine externe (13) en matériau thermodurcissable, et durant l'étape de pressage, on chauffe le bobinage à une température au moins égale à la température de durcissement de ce matériau. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on chauffe le bobinage en faisant circuler du courant électrique dans les brins (9). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'avant l'étape de pressage, on applique sur les brins une substance liquide chaude durcissable au refroidissement, et on prolonge l'étape de pressage jusqu'au refroidissement de la substance. 5. Partie tournante bobinée pour machine électrique comportant un support (14) et un bobinage de forme générale cylindrique présentant deux faces d'extrémités axiales (15) et constitué de brins (9) bobinés sur le support, caractérisée en ce que les deux faces d'extrémités axiales du bobinage sont planes et perpendiculaires à un axe (12) du bobinage. 6. Partie tournante bobinée selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque brin (9) comporte une gaine externe (13) en matériau thermodurcissable. 7. Partie tournante bobinée selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que les brins (9) sont collés les uns aux autres au moyen d'un matériau appliqué sur les brins. 8. Partie tournante bobinée selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un induit (8) de moteur à courant continu pour véhicule automobile. 9. Partie tournante bobinée selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un induit de motoventilateur. 10. Moteur à courant continu pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une partie tournante selon l'une des revendications 5 à 9.