Brevet FR2773008A1 — publié le 19990625

Etat de la technique L'invention concerne un procédé de fabrication d'une bobine mise en forme pour un enroulement d'excitation, cette bobine ayant un tracé en méandres à plusieurs spires entourant les pôles du champ d'excitation d'une machine électrique. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans un enroulement d'excitation connu destiné au stator d'une machine électrique (DE 195 49 180 Al) chaque spire de l'enroulement d'excitation est un conducteur en forme de faisceau composé de plusieurs fils de section circulaire, enroulés en parallèle, et juxtaposés au niveau de la face frontale des pôles en étant torsadés les uns avec les autres dans la zone comprise entre les pôles. Pour fabriquer la bobine moulée pour cet enroulement d'excitation qui se place alors dans le stator, on fait passer par exemple deux fils ronds, parallèles, en même temps autour de différents doigts d'un tambour d'enroulement dont les deux bords frontaux du tambour d'enroulement sont décalés en périphérie et dont le nombre correspond au nombre de pôles du stator. Entre les différents doigts successifs, passent les deux fils ronds parallèles, suivant une direction en biais, c'est-à-dire en faisant un angle aigu par rapport à l'axe du tambour d'enroulement et les fils sont tournés dans cette zone les uns avec les autres sur 1800. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et concerne à cet effet un procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'un fil plat isolé passe complètement autour d'une broche d'enroulement et passe devant des alvéoles de formage prévues sur des ouvertures de poches prévues sur la broche d'enroulement en étant décalées les unes des autres de manière régulière, ces poches de formage étant dirigées dans la direction axiale, et leur nombre correspond à la moitié du nombre des bobines de champ d'excitation ; et lorsqu'on fait passer le fil sur les ouvertures des alvéoles, chaque segment de fil qui engendre les ouvertures est tiré axialement dans les alvéoles de formage jusqu'au fond des alvéoles pour former le long du contour intérieur de chaque alvéole, une boucle de fil ; le passage autour et la rétraction du fil étant répétés jusqu'à ce que le nombre de spires voulu soient enroulées sur la broche d'enroulement et à la fin de l'enroulement on dénude le fil et on le coupe et on extrait axialement l'enroulement de la broche d'enroulement. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'un cylindre d'enroulement tournant autour de son axe, entraîné pas-à-pas, comporte une broche d'enroulement coaxiale et un nombre d'alvéoles moulées correspondant au nombre des pôles d'excitation, ces alvéoles étant décalées l'une par rapport à l'autre du même angle périphérique et sont décalées sur le segment longitudinal de la broche d'enroulement en étant reliées solidairement en rotation avec celui-ci et chaque alvéole de forme comporte au moins un tiroir coulissant axialement sur la broche d'enroulement, ce tiroir pouvant pénétrer par introduction du segment de fil qui occupe l'ouverture de l'alvéole, dans l'alvéole de moulage jusqu'au fond de l'alvéole et le mouvement d'entraînement du tiroir est synchronisé sur le mouvement Le procédé selon l'invention pour la fabrication d'une bobine moulée pour un enroulement d'excitation offre l'avantage de donner une bobine moulée avec un coefficient de remplissage important et ainsi une grande précision de forme qui se caractérise par un excellent blocage en cas de secousses. La grande précision de forme permet une excellente évacuation de la chaleur. Le procédé est rapide et peut se mettre en oeuvre d'une manière totalement automatique. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention tel que défini ci-dessus, offre l'avantage de la simplicité. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses le fil plat est enroulé sur champ sur la broche d'enroulement, pour chaque introduction suivante du segment de fil qui en gendre l'ouverture des alvéoles de formage la boucle de fil qui se forme de nouveau, est appliquée contre la boucle de fil précédente contre l'alvéole de formage, chaque boucle de fil formée dans une alvéole de formage est bloquée dans l'alvéole de formage jusqu'à ce que le segment de fil qui suit dans l'opération d'enroulement soit intégré dans l'alvéole de formage suivante introduite, le fil est dévidé d'un enroulement de fil pour être redres sé, un fil rond, isolé est dévidé d'une bobine de fil pour être laminé et pour donner un fil plat et redressé, l'enfoncement du segment de fil dans l'alvéole de formage se fait à l'aide d'un tiroir la poche associée à la broche d'enroulement pour la pénétration, étant montée coulissante axialement et les dimensions longueur/largeur des tiroirs sont fixées pour être inférieures aux dimensions intérieu res correspondantes des alvéoles de formage d'une dimension correspondant aux boucles de fil placées dans les alvéoles de formage, après chaque passage du fil autour de la broche d'enroulement on change les tiroirs associés à chaque poche de formage et, - les tiroirs changés sont munis de dimensions réduites en longueur et en largeur d'une dimension de boucle de fil par rapport aux tiroirs amovibles, le passage du fil autour de la broche d'enroulement se fait en bloquant le début du fil sur la broche d'enroulement et en tournant la broche d'enroulement en étant reliée soli dairement à l'alvéole de formage, à chaque alvéole de formage est associé un jeu de tiroirs dont le nombre correspond au nombre de spires de 1' enroulement d'excitation, - les dimensions longueur/largeur du premier tiroir du jeu de tiroirs étant réduites de la mesure d'une boucle de fil par rapport aux dimensions intérieures correspondantes de l'alvéole de formage correspondante et, - les dimensions longueur/largeur du tiroir suivant étant chaque fois diminuées de la mesure d'une boucle de fil par rapport à celle du tiroir précédent, le jeu de tiroirs est monté sur une tête révolver qui après chaque rotation complète de la broche d'enroulement est tournée d'un nouveau pas de commutation pour que le tiroir directement suivant soit aligné axialement sur l'alvéole de formage correspondante, chaque tiroir reste plongé dans l'alvéole de formage asso ciée jusqu'à ce que le tiroir suivant dans le sens de rota tion pénètre dans l'alvéole de formage associée, suivante, les spires sont formées à partir d'un fil plat isolé et les différentes spires sont étroitement appliquées l'une contre l'autre avec leurs grands côtés large de grande section. Dessin Le procédé selon l'invention est décrit ci-après à l'aide d'un dispositif représenté dans le dessin, servant à fabriquer une bobine moulée pour un enroulement d'excitation d'une machine électrique. Ainsi - la figure 1 est une vue en perspective d'une bobine moulée réalisée selon le procédé, - la figure 2 montre un détail vu en perspective d'un stator d'une machine électrique avec une bobine moulée, mise en place selon la figure 1, - la figure 3 est une vue en perspective d'une bobine moulée obtenue selon un autre procédé et correspondant à un autre exemple de réalisation, - la figure 4 est une vue en perspective d'un stator à grif fes polaires d'une machine électrique avec une bobine mou lée mise en place comme indiqué à la figure 3, - la figure 5 est une vue schématique d'un dispositif de fa brication des bobines moulées selon les figures 1 et 3, - la figure 6 montre un détail d'une vue schématique en pers pective d'un cylindre d'enroulement d'un dispositif d'enroulement du dispositif de la figure 5, - la figure 7 montre un détail en vue en perspective du dis positif d'enroulement du dispositif selon la figure 5, le cylindre d'enroulement ayant été enlevé. Description des exemples de réalisation Les figures 1 et 3 montrent en perspective les deux bobines moulées 10, 10' pour l'enroulement d'excitation d'une machine électrique ; ces bobines se correspondent dans la mesure où il s'agit d'un fil plat, isolé mis en forme de méandre et qui parcourt l'enroulement d'excitation suivant plusieurs spires ; les différents enroulements de fils plats sont superposés avec leurs grandes surfaces, c'est-à-dire leurs côtés larges. Alors que la forme de méandre de la bobine 10 de la figure 1 est sensiblement rectangulaire, celle de la bobine 10' selon la figure 3 présente un tracé plus si- nusoïdal pour les différentes courbes des méandres. Les deux bobines 10, 10' sont conçues pour un stator à six pôles. Le stator 11 représenté partiellement, en perspective à la figure 2 destiné à un moteur de démarreur de véhicule automobile, constitue un exemple d'une machine électrique ; ce stator comporte un boîtier 11 cylindrique creux, formé de lamelles, avec trois pôles d'excitation 12 faisant corps ainsi que trois pôles d'excitation 12' qui se glissent avec les pieds d'engagement dans le boîtier à lamelles 11 ; seuls deux des pôles d'excitation 12' sont représentés à la figure 2. Dans la direction périphérique du boîtier à lamelles 11, on a une alternance d'un pôle fixe 12 et d'un pôle amovible 12'. Comme le montre de manière esquissée la figure 2, la bobine 10 mise en forme est glissée dans le boîtier en lamelles 11 après extraction du pôle d'excitation 10', amovible ; chaque seconde boucle des six méandres de la bobine 10 est appliquée autour du pôle d'excitation fixe 12. Puis, on met en place les trois pôles d'excitation 12' qui viennent alors dans les trois autres boucles des méandres de la bobine 10 si bien que l'enroulement d'excitation parcourt en méandre globalement les pôles d'excitation 12, 12' et les spires. Dans le cas du stator à griffes polaires 13 connu selon la figure 4 qui se compose de deux moitiés de stator, on utilise la bobine formée 10' selon la figure 3 que l'on met en place lorsque les moitiés de stator sont dégagées; puis on réunit les deux moitiés de stator pour que comme à la figure 2, l'enroulement d'excitation parcourt les différents pôles à griffes selon un tracé en méandre. Les bobines mises en forme 10, 10' sont réalisées à l'aide du dispositif représenté schématiquement à la figure 5 ; le procédé de fabrication se déroule d'une manière totalement automatique. Le fil d'enroulement 14 est reçu comme fil rond, isolé sur une bobine dans un tambour à fils 15 ; il est extrait du tambour à fils 15 et tiré par un dispositif de laminage 16 qui le lamine pour former un fil isolé, quasiment plat. Le fil d'enroulement 14 qui est alors plat, est dirigé dans un dispositif de redressement 17 en passant dans un dispositif de dénudage 18 et un dispositif de séparation 19. Enfin, il arrive dans un dispositif d'enroulement 20. L'avance du fil d'enroulement 14 est assurée par un dispositif d'entraînement 21. Le coeur du dispositif d'enroulement 20 est un cylindre d'enroulement 22 tournant autour de son axe. Ce cylindre est entraîné pas à pas (figure 6). Ce cylindre comporte une broche d'enroulement 23, coaxiale et plusieurs alvéoles 24 décalées de façon équiangulaire dans la direction périphérique sur un segment de longueur de la broche d'enroulement 23 en étant solidaire en rotation de celle-ci. Le nombre des alvéoles de mise en forme 24 est défini par le nombre de boucles en méandres nécessaires pour la bobine formée 10, 10' ; ce nombre correspond à la moitié du nombre des pôles d'excitation prévus. Dans le cas d'un stator à six pôles selon la figure 2 ou selon la figure 4, le nombre des alvéoles de mise en forme 24 existant est égal à trois. Comme cela est indiqué à la figure 6 pour une alvéole de mise en forme 24, un tiroir 25 est associé à chaque alvéole de mise en forme 24 ; ce tiroir coulisse axialement sur la broche d'enroulement 23 et pénètre sensiblement suivant une liaison par la forme dans l'alvéole 24. La forme des alvéoles 24 donne la forme des boucles en méandres des bobines 10, 10'. Dans le cas de la forme de méandre rectangulaire de la bobine 10 selon la figure 1, les dimensions libres longueur/largeur des alvéoles 24, c'est-à-dire la profondeur des alvéoles de mise en forme 24 et leur largeur dans le sens de rotation dé finissent les dimensions des boucles des méandres. Le tiroir 25 qui pénètre quasiment par une liaison par la forme dans l'alvéole de mise en forme 24 a ainsi des dimensions appropriées longueur/largeur qui est de la dimension d'une boucle 141 (figure 6) par rapport aux dimensions libres correspondantes des alvéoles de formage 24. Chaque boucle de fil 141 est formée par le coulissement axial du tiroir 25 dans l'alvéole de mise en forme 24 ; le tiroir 25 applique le segment de fil qui recouvre l'ouverture de l'alvéole jusqu'au fond de l'alvéole et presse ainsi le fil d'enroulement 14 contre les parois latérales et contre le fond de l'alvéole de mise en forme 24. Comme la bobine 10 doit comporter plusieurs spires, il faut que chaque boucle de fil 141 suivante, lissée dans l'alvéole de mise en forme 24 et qui s'applique intérieurement contre la boucle de fil 141 introduite préalablement, utilise un autre tiroir 25 de dimension plus petite les dimensions longueur/largeur du tiroir 25 suivant, font chaque fois diminuer la mesure d'une boucle de fil 141 par rapport aux dimensions du tiroir 25 précédent. Tous les tiroirs 25 associés à une alvéole 24 sont portés par une tête revolver 26 qui tourne pas-à-pas pour que toujours le tiroir suivant 25 soit aligné sur l'alvéole de mise en forme 24. La figure 7 montre en perspective la disposition des têtes revolver 26 pour la bobine à mettre en forme selon la figure 1 dans le dispositif d'enroulement 20. Chacune des trois têtes revolver 26 est associée à une alvéole de mise en forme 24. Comme la bobine 10 de l'exemple de réalisation de la figure 1 comporte six enroulements, chaque tête revolver 26 a six tiroirs 25a-25f. Les têtes revolver 26 sont entraînées par des entraînements à courroie 27. Le dispositif représenté aux figures 5 à 7 permet de réaliser la bobine formée 10 selon la figure 1 Le fil d'enroulement 14, extrait du tambour à fil 15 est laminé à plat et redressé, est appliqué sur champ, c'est-à-dire avec sa surface latérale étroite sur la broche d'enroulement 23 et est fixé avec le début du fil sur le cylindre d'enroulement 22. Le cylindre d'enroulement 22 est alors tourné à l'aide d'un moteur pas-à-pas 28 indiqué à la figure 5 ; le fil d'enroulement 14 passe devant les ouvertures des poches de mise en forme 24. Le tiroir 25a qui avance axialement permet d'introduire le fil d'enroulement 14 en formant la boucle de fil 141 dans la première alvéole de formage 24. Pendant que le tiroir 25a se trouve dans l'alvéole de mise en forme 24, on continue de faire tourner le cylindre d'enroulement 22 jusqu'à ce que le fil d'enroulement 14 se trouve dans l'alvéole de mise en forme 24 suivante. Le tiroir 25a de la tête revolver 26, suivante forme dans la poche de mise en forme 24 suivante, une boucle de fil 141 ; puis le tiroir 25a se dégage de nouveau de la première alvéole de formage 24 et revient à sa position de base sur la tête revolver 26. Le cylindre d'enroulement 22 continue de tourner ; le tiroir 25a de la seconde tête revolver 26 reste dans la seconde alvéole de formage 24 et tourne avec celle-ci jusqu'à ce que l'ouverture de la troisième alvéole de formage 24 soit occupée par le fil d'enroulement 14. En introduisant le tiroir 25a dans la troisième tête revolver 26, on forme ainsi la boucle de fil 141 dans la troisième alvéole de formage 24 ; à la fin du mouvement d'entrée du tiroir 25a de la troisième tête revolver 26, le tiroir 25a de la seconde tête revolver 26 est de nouveau extrait de la seconde alvéole de formage 24. A la fin d'une rotation complète du cylindre d'enroulement 22, on a terminé un enroulement de la bobine de formage 10. Au cours de l'enroulement suivant de la seconde spire de la bobine 10, au début de l'opération, on bascule toutes les têtes revolver 26 pour que maintenant toutes les alvéoles 24 soient en regard du tiroir 25. Lors de la poursuite de la rotation du cylindre d'enroulement 22, les opérations décrites ci-dessus se répètent et chaque fois à la place du tiroir 25a, les tiroirs 25b se glissent dans les ouvertures en forme de poches des poches mises en forme 24 occupées par des segments de fil, comme des boucles de fil 141 que l'on glisse dans les alvéoles de mise en forme 24 ; les boucles s'appliquent alors fermement dans chaque alvéole de mise en forme 24 contre la boucle de fil 141 qui s'y trouve déjà. Après six rotations du cylindre d'enroulement 22 avec six changements de tiroir 25 pour les trois têtes revolver 26, on a terminé la bobine d'enroulement 10 avec six spires. Dès que la longueur de fil d'enroulement nécessaire pour la bobine de mise en forme 10 parcourt le dispositif de dénudage 18, le fil d'enroulement 14 est dénudé à cet endroit puis il est coupé dans le dispositif de séparation 19 à l'endroit dénudé, pour être séparé des parties restantes de fil d'enroulement 14. La bobine formée 10, dont l'enroulement est terminé, est alors extraite de la broche d'enroulement 20 et placée dans le stator selon la figure 2. Pour fabriquer la bobine formée 10' selon la figure 3, il suffit de modifier dans le dispositif décrit cidessus, la forme des alvéoles 24 et du tiroir 25. Le nombre de tiroirs 25 existant sur les têtes revolver 26 dépend du nombre d'enroulements nécessaires dans la bobine formée 10'. REVENDICATIONS 10) Procédé de fabrication d'une bobine mise en forme pour un enroulement d'excitation, cette bobine ayant un tracé en méandres à plusieurs spires entourant les pôles du champ d'excitation d'une machine électrique, caractérisé en ce qu' - un fil plat (14) isolé passe complètement autour d'une bro che d'enroulement (23) et passe devant des alvéoles de for mage (24) prévues sur des ouvertures de poches prévues sur la broche d'enroulement (23) en étant décalées les unes des autres de manière régulière, ces poches de formage (24) étant dirigées dans la direction axiale, et leur nombre correspond à la moitié du nombre des bobines de champ d'excitation, - et lorsqu'on fait passer le fil (14) sur les ouvertures des alvéoles, chaque segment de fil qui engendre les ouvertures est tiré axialement dans les alvéoles de formage (24) jus qu'au fond des alvéoles pour former le long du contour in térieur de chaque alvéole, une boucle de fil (141), - le passage autour et la rétraction du fil (14) étant répé tés jusqu'à ce que le nombre de spires voulu soient enrou lées sur la broche d'enroulement (23) et à la fin de l'enroulement on dénude le fil (14) et on le coupe et on extrait axialement l'enroulement de la broche d'enroulement (23) 2") Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil plat (14) est enroulé sur champ sur la broche d'enroulement (23). 30) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pour chaque introduction suivante du segment de fil qui engendre l'ouverture des alvéoles de formage (24), la boucle de fil (141) qui se forme de nouveau, est appliquée contre la boucle de fil (141) précédente contre l'alvéole de formage (24) 40) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque boucle de fil (141) formée dans une alvéole de formage (24) est bloquée dans l'alvéole de formage (24) jusqu'à ce que le segment de fil qui suit dans l'opération d'enroulement soit intégré dans l'alvéole de formage (24), suivante introduite. 50) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fil (14) est dévidé d'un enroulement de fil pour être redressé. 60) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' un fil rond, isolé est dévidé d'une bobine de fil pour être laminé et pour donner un fil plat et redressé. 70) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enfoncement du segment de fil dans l'alvéole de formage (24) se fait à l'aide d'un tiroir (25), la poche (24) associée à la broche d'enroulement (23) pour la pénétration, étant montée coulissante axialement et les dimensions longueur/largeur des tiroirs (25) sont fixées pour être inférieures aux dimensions intérieures correspondantes des alvéoles de formage (24), d'une dimension correspondant aux boucles de fil (141) placées dans les alvéoles de formage (24) 80) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' après chaque passage du fil (14) autour de la broche d'enroulement (23), on change les tiroirs (25) associés à chaque poche de formage (24) et, - les tiroirs changés (25) sont munis de dimensions réduites en longueur et en largeur d'une dimension de boucle de fil (141) par rapport aux tiroirs amovibles 90) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le passage du fil (14) autour de la broche d'enroulement (23) se fait en bloquant le début du fil sur la broche d'enroulement (23) et en tournant la broche d'enroulement (23) en étant reliée solidairement à l'alvéole de formage (24). 100) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu' un cylindre d'enroulement (22) tournant autour de son axe, entraîné pas-à-pas, comporte une broche d'enroulement (23) coaxiale et un nombre d'alvéoles moulées (24) correspondant au nombre des pôles d'excitation, ces alvéoles étant décalées l'une par rapport à l'autre du même angle périphérique et sont décalées sur le segment longitudinal de la broche d'enroulement (23) en étant reliées solidairement en rotation avec celui-ci et chaque alvéole de forme (24) comporte au moins un tiroir (25) coulissant axialement sur la broche d'enroulement (23), ce tiroir pouvant pénétrer par introduction du segment de fil qui occupe l'ouverture de l'alvéole, dans l'alvéole de moulage (24), jusqu'au fond de l'alvéole et le mouvement d'entraînement du tiroir (25) est synchronisé sur le mouvement pas-à-pas du cylindre d'enroulement (22). 110) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' à chaque alvéole de formage (24) est associé un jeu de tiroirs dont le nombre (25a-25f) correspond au nombre de spires de l'enroulement d'excitation, - les dimensions longueur/largeur du premier tiroir (25a) du jeu de tiroirs étant réduites de la mesure d'une boucle de fil (141) par rapport aux dimensions intérieures correspon dantes de l'alvéole de formage (24) correspondante et, - les dimensions longueur/largeur du tiroir (25b-25f) suivant étant chaque fois diminuées de la mesure d'une boucle de fil (141) par rapport à celle du tiroir précédent (25a 25e). 120) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le jeu de tiroirs (25a-25f) est monté sur une tête révolver (26) qui après chaque rotation complète de la broche d'enroulement (23) est tournée d'un nouveau pas de commutation pour que le tiroir directement suivant soit aligné axialement sur l'alvéole de formage correspondante (24). 130) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que chaque tiroir (25) reste plongé dans l'alvéole de formage (24) associée jusqu'à ce que le tiroir (25) suivant dans le sens de rotation pénètre dans l'alvéole de formage (24) associée, suivante. 140) Bobine formée pour un enroulement d'excitation avec une bobine de champ d'excitation qui tourne avec plusieurs spires en méandre autour d'une machine électrique, caractérisée en ce que les spires sont formées à partir d'un fil plat (16), isolé et les différentes spires sont étroitement appliquées l'une contre l'autre avec leurs grands côtés large de grande section.