Brevet FR2778282A1 — publié le 19991105

L'invention concerne d'une façon générale les machines électriques tournantes, et en particulier l'agencement et le maintien des chignons d'extrémités des bobinages d'induit d'une telle machine. 5 Il est classique d'équiper une armature d'induit, telle qu'un paquet de tôles, d'un moteur électrique d'une joue électriquement isolante comprenant une semelle venant en appui contre le flanc de l'armature et des encoches homologues de celles de l'armature, pour permettre le passage des fils de bobinage en formant à l'extérieur de l'armature des chignons des fils d'enroulement de l'induit. On sait par ailleurs équiper une telle joue d'un écarteur permettant de maintenir ces chignons à distance suffisante de l'arbre d'induit, par exemple pour placer dans l'espace radial entre l'arbre et les chignons un palier ou roulement à billes. Cette technique connue permet en particulier de limiter l'encombrement axial du moteur. Toutefois, la fabrication d'une telle joue munie d'un écarteur implique un moule relativement compliqué et onéreux, et en particulier des problèmes de démoulage. La présente invention a donc pour objet de conserver une joue d'induit qui reste simple et économique, tout en assurant que les chignons de bobinages d'induit soient espacés convenablement et uniformément d'un arbre d'induit, notamment dans le but précité de loger à l'intérieur d'au moins une partie de l'étendue axiale de ces chignons un élément de structure, tel qu'un palier ou autre, de la machine. Un autre objet de l'invention est de proposer une machine dans laquelle le refroidissement du bobinage soit amélioré, et dans laquelle certains trajets des brins de bobinage au niveau de chignons puissent être raccourcis. Ainsi l'invention propose une machine électrique tournante, et notamment un motoventilateur de véhicule automobile, comportant un induit possédant une armature définissant des encoches et montée sur un arbre et un bobinage d'induit logé dans lesdites encoches et présentant des chignons aux extrémités axiales de ladite armature, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins à10 une desdites extrémités axiales un anneau isolant libre coaxial avec l'arbre et situé axialement à distance de la face de l'armature située du côté opposé au collecteur, et sur lequel au moins une partie des brins de chignons viennent s'appuyer pour retenir ledit anneau en place. Des aspects préférés, mais non limitatifs, de la machine selon l'invention sont les suivants: - ledit anneau est généralement cylindrique, - l'anneau isolant libre possède une surface extérieure présentant au moins localement un diamètre qui diminue à mesure que l'on s'éloigne de l'armature. - ladite face extérieure est généralement tronconique. - l'anneau isolant libre est muni d'un rebord en saillie essentiellement radialement vers l'extérieur. - ledit rebord est formé à une extrémité axiale de l'anneau opposée à l'armature. - ledit rebord est formé de créneaux espacés. - l'anneau isolant libre est muni de moyens de renfort. - les moyens de renfort comprennent un anneau élastique en appui contre la face interne de l'anneau. - les moyens de renfort comprennent au moins une pièce de renfort au moins en partie noyée dans la matière de l'anneau. - l'anneau isolant libre est espacé de l'armature en direction axiale. l'induit possède en outre une pièce isolante bordant ladite extrémité axiale de l'armature et définissant, dans l'espace situé entre l'armature et l'anneau, une partie d'appui de brins de chignons d'un diamètre inférieur au diamètre extérieur de l'anneau. - ladite partie d'appui est un tube ou canon entourant étroitement l'arbre d'induit. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé pour réaliser un bobinage sur un induit comportant une armature et définissant des encoches, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - placer sur un mandrin de bobinage un anneau en matériau isolant, - enfiler le mandrin muni de l'anneau sur une extrémité de l'arbre d'induit, effectuer le bobinage de manière que des brins de chignons d'extrémité dudit bobinage viennent s'appuyer sur ledit anneau, et - retirer le mandrin, laissant l'anneau en place. Celui-ci est en effet auto-maintenu par le bobinage grâce à sa forme tronconique adaptée. Des aspects préférés, mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants: - l'anneau est placé sur un appendice de diamètre réduit du mandrin. - le mandrin est enfilé sur l'extrémité de l'arbre d'induit jusqu'à une position de butée. - ladite position de butée est définie par une partie d'une pièce isolante jouxtant ladite armature et formant un appui pour d'autres brins de chignons. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante de modes préférés de réalisation donnés à titre d'exemple non limitatif. Sur les dessins annexés: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une armature de machine selon l'invention et d'un mandrin de bobinage, - la figure 2 est une vue en perspective de l'armature de la figure 1, prête à bobiner avec le mandrin en place. - la figure 3 est une vue en coupe axiale de l'induit et du mandrin de la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe axiale analogue à la figure 3, le mandrin étant retiré, - la figure 5 est une vue en perspective éclatée d'une partie d'une armature selon une première variante de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue partielle en coupe axiale de la figure 5, après bobinage et retrait du mandrin, et - la figure 7 est une vue partielle en coupe axiale analogue à la figure 6, d'une seconde variante de réalisation de l'invention. On notera préliminairement que, d'une figure à l'autre, des éléments ou parties identiques ou similaires sont désignés dans la mesure du possible par les mêmes signes de référence, et ne seront pas décrits à chaque fois. On a illustré sur les figures 1 à 4 un induit 2 d'un motoventilateur de véhicule automobile. L'armature 8 de cet induit 2 comporte un arbre 4 d'axe 6, un paquet de tôles s'étendant dans des plans perpendiculaires à l'axe 6, un collecteur 10 monté sur l'arbre, et deux joues isolantes d'extrémité 12a, 12b disposées aux deux extrémités du paquet de tôles 8 respectivement éloignée et proche du collecteur 10. Chaque joue 12a, 12b comporte une semelle plane 14, en forme d'étoile d'axe 6 présentant plusieurs branches 16, cette forme en étoile correspondant à celle, classique, des branches du paquet de tôles 8 qui définissent entre elles les encoches pour le bobinage. Chaque joue comporte en outre un canon cylindrique 26 s'étendant à partir de la semelle 14, coaxialement à celle-ci. Les extrémités libres des branches 16 possèdent des cloisons planes d'isolation 30 généralement rectangulaires, qui s'étendent en regard l'une de l'autre à partir desdites branches, en direction de la joue opposée. Les cloisons planes d'isolation pénètrent dans les encoches du paquet de tôles en recouvrant entièrement celles-ci. Les joues isolantes 12a, 12b sont réalisées avantageusement par moulage par injection de matière plastique. Pour assembler l'induit 2, on dispose les joues 12a, 12b aux extrémités correspondantes du paquet de tôles 8, préalablement emmanché sur l'arbre, chaque semelle 14 venant en appui contre la tôle d'extrémité associée du paquet. Les cloisons 30 pénètrent dans le paquet de tôles 8 suivant la direction axiale 6. On monte ensuite le collecteur 10 sur l'arbre 4, en appui axial contre le canon 26 de la joue 12b, lequel fait ainsi office d'entretoise. Puis on réalise le bobinage d'induit 32 sur le paquet de tôles 8 et les joues, les fils 34 étant connectés au collecteur 10. Du côté opposé au collecteur, le chignon 36 du bobinage déborde sensiblement à l'extérieur de la joue 12a. Du côté collecteur, le chignon du bobinage déborde également. Selon la présente invention, on prévoit au niveau de ces chignons 36 un anneau de maintien 18, réalisé de préférence par injection de matière plastique, qui est libre, à savoir séparé de la joue 12a et de toute autre pièce de structure de l'induit. Cet anneau possède une face interne 181 généralement cylindrique d'axe confondu avec l'axe 6, et une face externe 182 qui est légèrement tronconique, donnant à l'anneau un diamètre externe qui diminue à mesure qu'on s'éloigne de la joue 12a. Les bords d'extrémités axiales de l'anneau sont arrondis. L'anneau 18 est placé dans la région des chignons 36 préalablement à l'étape de bobinage, et est maintenu en place de préférence à l'aide d'un mandrin de bobinage 50 centré sur l'arbre 4, du côté de la joue 12a, manuellement ou automatiquement. Plus précisément, le mandrin 50 possède un corps 51 en forme générale de cône ou d'ogive, qui se prolonge en direction de la joue 12a par un appendice cylindrique 52 dont le diamètre extérieur est très légèrement inférieur au diamètre intérieur de l'anneau 18, et dont la longueur axiale est sensiblement égale à celle de l'anneau. L'anneau est tout d'abord placé sur cet appendice 52 et l'ensemble mandrin/anneau est ensuite placé sur l'arbre 4 comme illustré sur la figure 3, l'appendice 52 venant en butée contre le palier 26 de la joue 12a. Le bobinage est ensuite réalisé à l'aide d'une bobineuse conventionnelle, et les chignons 36 viennent se placer comme illustré sur la figure 3, avec des brins 36a passant dans l'espace de diamètre réduit s'étendant, en direction axiale, au niveau du palier 26 de la joue 12a, pour ainsi adopter des trajectoires plus directes entre les encoches du paquet de tôle entre lesquelles ces brins s'étendent, tandis que d'autres brins 36b passent autour de l'anneau 18. Une fois le bobinage réalisé, on retire le mandrin 50 (voir figure 4), et l'anneau 18 est maintenu en place par la pression exercée circonférentiellement10 sur celui-ci par les brins des chignons 36. Il est important d'observer ici que la forme tronconique de la face externe 182 de l'anneau 18 permet d'empêcher l'anneau 18 de se déplacer accidentellement vers l'extérieur (vers la gauche sur la figure 4) après que le mandrin a été retiré. L'anneau 18 ainsi retenu en place permet de loger, entre celui-ci et l'arbre 4, un élément de structure de la machine, tel qu'un roulement à billes, ce qui permet de limiter l'encombrement axial de ladite machine. La structure d'induit décrite ci-dessus présente de nombreux avantages. En particulier, les joues 12a et 12b peuvent être pratiquement identiques (à l'exception éventuellement de la longueur axiale de leurs paliers respectifs 26) et leur réalisation, en particulier pour l'anneau 12a, est sensiblement simplifiée par rapport aux joues à écarteur intégré. Ensuite, l'espace séparant l'anneau 18 de la joue associée 12a autorise une circulation d'air qui va améliorer le refroidissement du bobinage d'induit. En référence maintenant aux figures 5 et 6, on a représenté une première variante de réalisation de l'invention. Selon cette variante, l'anneau 18 est complété, au niveau de son bord circulaire d'extrémité axiale opposée à la joue 12a, par un rebord sortant 183 dirigé radialement vers l'extérieur. Un tel rebord a pour premier objet d'éviter que les brins des chignons situés dans cette région ne puissent se déplacer vers l'extérieur (vers la gauche sur les figures 5 et 6), notamment sous l'effet des chocs, des vibrations. Bien que ce rebord 183 puisse être continu, il est de préférence découpé pour former des créneaux (venus de moulage) qui, tout en assurant la fonction de retenue précitée, permettent, en agissant à la manière de pales de ventilateur, d'accroître les déplacements d'air dans cette partie de l'induit et donc d'améliorer son refroidissement. Comme illustré, le rebord 183 peut ne s'étendre vers l'extérieur que sur une courte distance par rapport à l'étendue radiale des chignons 36, seul le calage des derniers brins, adjacents à l'anneau 18, étant déterminant. En effet, ce sont les toutes dernières spires qui seront bloquées axialement par le rebord circulaire ou crénelé, les premières spires 36a étant placées par la bobineuse dans l'espace situé entre la face plane 53 du mandrin 50 et la joue 12a au droit du canon 26. On notera ici que, pour éviter que les créneaux du rebord 183 de l'anneau 18 ne risquent de blesser le fil de bobinage lors de l'opération de bobinage, le diamètre maximal du corps 51 du mandrin de bobinage 50 au voisinage de l'anneau 18 est choisi supérieur au diamètre hors-tout dudit rebord 183. En référence maintenant à la figure 7, on a illustré une autre variante de la présente invention, selon laquelle l'anneau 18 en matière plastique est renforcé intérieurement. Plus précisément, une pièce de renfort 19 en forme générale de bague torique est engagée à force à l'intérieur de l'anneau 18, en étant calée en place, sensiblement en position médiane dudit anneau, par une gorge 184 formée dans sa surface intérieure 181 et dans laquelle cette pièce vient se loger. On comprend que plusieurs formes de réalisation concrètes peuvent être envisagées pour cet anneau renforcé. En premier lieu la bague peut être une bague fendue en matériau élastique (notamment un métal tel que de l'acier à ressort, ou matériau composite), qui est déformée élastiquement pour réduire son diamètre, puis expansée dans la gorge 184. Alternativement, l'anneau 18 peut être réalisé par surmoulage sur une pièce métallique en forme de bague ou de cylindre, au moins partiellement noyée dans la matière plastique de l'anneau. Cette variante de réalisation permet d'améliorer la tenue de l'anneau 18 dans les chignons en dépit des variations de température et des vibrations. Bien entendu, l'homme du métier saura adapter la forme et les dimensions de l'appendice 52 du mandrin 50 en fonction de la forme et des dimensions de l'anneau 18 muni de son renfort. La présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante, notamment motoventilateur pour véhicule automobile, comportant un induit (2) possédant une armature (8) définissant des encoches et montée sur un arbre (4), et un bobinage d'induit logé dans lesdites encoches et présentant des chignons (36) aux extrémités axiales de ladite armature, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins à une desdites extrémités axiales un anneau isolant libre (18) coaxial avec l'arbre et situé axialement à distance de la face de l'armature située du côté opposé au collecteur (4) et sur lequel au moins une partie (36b) des brins de chignons viennent s'appuyer pour retenir ledit anneau en place. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit anneau (18) est généralement cylindrique. 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'anneau isolant libre (18) possède une face extérieure (182) présentant au moins localement un diamètre qui diminue à mesure que l'on s'éloigne de l'armature. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite face extérieure (182) est généralement tronconique. 5. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'anneau isolant libre (18) est muni d'un rebord (183) en saillie essentiellement radialement vers l'extérieur. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit rebord (183) est formé à une extrémité axiale de l'anneau (18) opposée à l'armature. 7. Machine selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que ledit rebord (183) est formé de créneaux espacés. 8. Machine selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'anneau isolant libre (18) est muni de moyens de renfort (19). 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de renfort comprennent un anneau élastique (19) en appui contre la face interne de l'anneau. 10. Machine selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les moyens de renfort comprennent au moins une pièce de renfort au moins en partie noyée dans la matière de l'anneau. 11. Machine selon l'une des revendications 1 à , caractérisée en ce que l'induit (2) possède en outre une pièce isolante (12a) bordant ladite extrémité axiale de l'armature et définissant, dans l'espace situé entre l'armature et l'anneau, une partie (26) d'appui de brins de chignons (36a) d'un diamètre inférieur au diamètre extérieur de l'anneau (18). 12. Machine selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite partie d'appui (26) est un tube ou canon entourant étroitement l'arbre d'induit (4). 13. Procédé pour réaliser un bobinage sur un induit comportant une armature (8) et définissant des encoches, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - placer sur un mandrin de bobinage (50) un anneau (18) en matériau isolant, - enfiler le mandrin (50) muni de l'anneau (18) sur une extrémité de l'arbre d'induit (4), - effectuer le bobinage de manière que des brins (36b) de chignons d'extrémité dudit bobinage viennent s'appuyer sur ledit anneau (18), et - retirer le mandrin (50), laissant l'anneau en place. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'anneau (18) est placé sur un appendice (52) de diamètre réduit du mandrin. 15. Procédé selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que le mandrin (50) est enfilé sur l'extrémité de l'arbre d'induit (4) jusqu'à une position de butée. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite position de butée est définie par une partie (26) d'une pièce isolante (12a) jouxtant ladite armature (8) et formant un appui pour d'autres brins (36a) de chignons.