Brevet FR2851089A1 — publié le 20040813

i Procédé et dispositif d'isolation d'encoches pour un bobinage en épingle d'une machine électrique tournante. Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un procédé et un dispositif d'isolation d'encoches pour un bobinage en épingle logé dans le circuit magnétique d'une machine électrique tournante du type générateur ou moteur, et utilisant pour au moins une encoche, une enveloppe en matière électriquement isolante, épousant la forme interne rectangulaire de l'encoche, et autorisant l'insertion axiale des 15 conducteurs du bobinage. Etat de la technique Les figures 1 et 2 illustrent la structure générale connue d'un alternateur utilisé 20 dans un moteur thermique de véhicule automobile. L'alternateur comporte une poulie d'entraînement 1 solidaire de l'extrémité avant d'un arbre 2 rotatif, dont l'extrémité opposée porte des bagues collectrices d'un collecteur 3. La partie centrale de l'arbre 2 supporte le rotor 4, lequel est doté d'un bobinage d'excitation 5 connecté électriquement par des balais 10 au collecteur 3. Le rotor 4 à griffes comprend d'une manière connue deux roues polaires 6, 7 équipées chacune d'un ventilateur 8, 9 s'étendant au voisinage du palier avant 5 13 et du palier arrière 14. L'arbre rotatif 2 est guidé en rotation par des roulements à billes 15, 16 prévus dans les paliers avant 13 et arrière 14. Les dents imbriquées des deux roues polaires 4, 7 constituent une succession de pôles magnétiques à polarisation hétéropolaire d au champ magnétique 10 engendré par le bobinage d'excitation 5. Le stator 12 comporte un circuit magnétique 18 annulaire entourant coaxialement le rotor 4 en ménageant un entrefer radial. Le circuit magnétique 18 est formé par un empilage de tôles magnétiques dont la périphérie interne 15 comprend des encoches L radiales avantageusement semi-ouvertes, réparties angulairement à intervalles réguliers autour du rotor 4. Le bobinage statorique BS est logé à l'intérieur des encoches L, et est relié électriquement à un dispositif redresseur 11 constitué par un pont de diodes. Le bobinage statorique BS comprend à titre d'exemple deux séries de bobinages triphasées en étoile décalées de 300 électrique, chaque enroulement de phase étant formé par une pluralité de spires conductrices en forme d'épingles 20 connectées en série le long de la périphérie du stator 12 entre une entrée El à E6, et une sortie Si à S6. Plusieurs conducteurs d'épingles 20 peuvent être superposés radialement en plusieurs couches dans une même encoche L. Les épingles 20 conductrices sont enfilées axialement dans les encoches avec un décalage prédéterminé. Un tel bobinage statorique BS à n phases est bien connu des spécialistes. Le brevet US 2 407 935 décrit une machine électrique tournante à encoches 10 radiales de formes rectangulaires, servant de logement à un bobinage en épingles, lequel est inséré dans les encoches dans le sens axial. Chaque conducteur d'épingle de section rectangulaire est entouré d'un revêtement isolant, permettant d'isoler électriquement deux conducteurs juxtaposés dans une même encoche. Une feuille isolante est en plus disposée et plaquée contre 15 les parois délimitant chaque encoche. La mise en place automatique d'une telle feuille est difficile à mettre en oeuvre. Les figures 3 à 8 montrent différentes solutions connues d'isolation d'une encoche L au moyen d'une feuille pliée. Sur la figure 3, l'isolation de l'encoche L est formée par une enveloppe 30 isolante électriquement, laquelle comprend une feuille pliée en rectangle pour épouser la configuration interne de l'encoche L. Les deux bords 31a, 31b d'extrémités de l'enveloppe 30 se recouvrent au fond de l'encoche L, tandis que l'ouverture 32 radiale de l'encoche L est obturée par une face pleine de la feuille. Sur la figure 4, l'enveloppe 30 isolante comporte deux bords 31a, 31b jointifs venant en aboutement l'un avec l'autre au milieu de la hauteur de l'encoche L. L'ouverture 32 radiale de l'encoche L est également obturée par une face pleine de la feuille. Sur la figure 5, les bords 31a, 31b d'extrémités de l'enveloppe 30 rectangulaire sont situés dans l'ouverture 32 de l'encoche L. La jonction des bords 31a, 31b de ces enveloppes 30 connues crée une discontinuité susceptible d'altérer l'isolement du faisceau de conducteurs 15 contenus dans l'encoche L. Dans l'environnement sévère existant dans un compartiment moteur d'un véhicule, une température élevée et la présence de vibrations et de brouillard salin peuvent engendrer au niveau de cette discontinuité, une diminution de l'isolement des bobinages par rapport à la masse du circuit magnétique. A l'endroit de la discontinuité, seul l'émail 20 superficiel du conducteur juxtaposé constitue une barrière isolante entre le bobinage et la masse. Des défauts dans le revêtement d'émail risquent alors d'affaiblir la tenue diélectrique des bobinages, pouvant provoquer la défaillance de la machine. Ces enveloppes isolantes discontinues nécessitent d'autre part une pose précise contre les parois des encoches L du stator 12, de manière à ne pas entraver l'insertion axiale des conducteurs en forme d'épingles. La figure 6 5 illustre une possible déformation de l'enveloppe isolante avec écartement des bords 31a, 31b vers l'intérieur de l'encoche L qui risque de compromettre la mise en place des épingles 20. Pour faciliter l'insertion axiale des épingles 20 dans les encoches L, on a déjà 10 proposé (figures 7 et 8), de former une entrée évasée 34 dans l'enveloppe 30 en feuille pliée de la figure 4. Il en résulte néanmoins un écartement plus prononcé des bords 31a, 31b de l'enveloppe 30 au niveau des tôles du circuit magnétique 18. L'augmentation de la discontinuité dans cette zone risque de compromettre l'isolement du bobinage. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à améliorer l'isolation des encoches d'un bobinage pour optimiser la tenue diélectrique d'une machine électrique 20 tournante, et à faciliter l'insertion axiale des conducteurs du bobinage en formes d'épingles. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on utilise pour l'enveloppe un élément isolant tubulaire, lequel est ensuite mis en forme rectangulaire sans discontinuité avec formation de quatre plis. L'absence d'ouverture dans l'isolation facilite l'insertion axial des conducteurs d'épingles dans les encoches, et renforce la tenue diélectrique du bobinage. De préférence, les quatre plis de l'élément isolant sont marqués deux à deux par plissage, par exemple suite à une opération de laminage. Les deux premiers plis peuvent être réalisés naturellement lorsque l'élément isolant tubulaire est 10 enroulé en galette en vue de sa livraison et utilisation sur une machine à isoler L'élément isolant initialement de forme tubulaire, peut être réalisé de différentes manières selon la nature de la matière dont il est constitué: - soit par extrusion d'une matière thermoplastique, suivi d'un découpage à la 15 longueur désirée; - soit par découpage d'une feuille enroulée sur elle-même, et présentant une zone de recouvrement par superposition étanche des deux bords le long d'une génératrice; - soit par enroulement spiralé d'au moins une bande d'isolant, suivi d'une 20 liaison des chants par collage, soudage ou refusion partielle, etc.... L'invention concerne également un dispositif d'isolation pour un bobinage en épingle logé dans des encoches avantageusement semi-ouvertes d'un circuit de magnétique d'une machine électrique tournante, dans lequel l'enveloppe d'isolation de chaque encoche comporte un élément isolant de section initiale tubulaire, et mis en forme rectangulaire sans discontinuité pour l'introduction dans l'encoche. L'enveloppe est de préférence à base d'un polymère, notamment de polyester ou de polyimide. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'élément isolant comporte une entrée et/ou une sortie évasée sans discontinuité pour faciliter la mise en place des épingles, et améliorer la tenue diélectrique de la machine. 10 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la 15 description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d'un alternateur de l'art antérieur pour véhicule automobile; - la figure 2 montre une vue en perspective du stator de la figure 1 - les figures 3 à 8 montrent différentes solutions d'isolation discontinue d'encoches selon l'art antérieur; - les figures 9 à 11 représentent différents modes de réalisation d'une enveloppe isolante tubulaire selon l'invention; - la figure 12 illustre schématiquement un dispositif de formation de plis dans une enveloppe isolante tubulaire; - la figure 13 est une vue identique de la figure 7, utilisant une enveloppe isolante avec une entrée ou sortie évasée sans discontinuité. Description détaillée de l'invention L'enveloppe 30 isolante d'encoche selon l'invention est constituée par un élément isolant 33 de forme initiale tubulaire, en matière souple isolante sans discontinuité, et ayant une longueur au moins égale ou supérieure à la largeur du circuit magnétique 18 du stator 12. Le tube de l'élément isolant 33 peut être obtenu par différents procédés de fabrication en fonction de la nature de la 15 matière isolante dont il est constitué. Sur la figure 9, l'élément isolant 33 tubulaire est réalisé en continu par extrusion d'une matière thermoplastique, par exemple en polyester, puis découpé à la longueur désirée. Sur la figure 10, l'élément isolant 33 est découpé à plat dans une feuille souple isolante, laquelle est enroulée pour former un cylindre, dont les bords superposés s'étendent suivant une génératrice. La fixation étanche de la zone de recouvrement 35 peut être effectuée par collage ou par soudage aux ultrasons. Le matériau de la feuille peut également être imprégné d'une résine thermodurcissable, autorisant un collage par chauffage et pression locale de la zone de recouvrement 35. Une telle méthode de fabrication de l'enveloppe 30 5 crée une légère surépaisseur dans la zone de recouvrement 35, mais évite toute discontinuité d'isolation. En référence à la figure 11, l'élément isolant 33 tubulaire peut être obtenu par un enroulement spiralé d'une ou de plusieurs bandes 36 d'isolant, notamment à 10 base de polyester ou de polyimide. La liaison des différents chants d'ondulations s'effectue soit par collage, soit par soudage aux ultrasons, soit par refusion partielle des bords. La section circulaire de fabrication de l'élément isolant 33 tubulaire selon les 15 figures 9 à 11, doit ensuite être mise en forme pour épouser l'intérieur rectangulaire d'une encoche L. L'élément isolant 33 comporte à cet effet quatre plis correspondant sensiblement aux quatre coins internes de l'encoche L. Sur la figure 12, les quatre plis peuvent être marqués deux à deux par laminage 20 de l'élément tubulaire 33 suite à deux passages alternés entre une paire de rouleaux 37 tournant en sens inverse l'un par rapport à l'autre. A la sortie des rouleaux 37, le film laminé est enroulé à chaque passage autour d'une bobine de stockage 38 entraînée en rotation. Il est clair que les deux premiers plis peuvent être obtenus naturellement lorsque l'élément isolant 33 initialement de section circulaire selon les figures 9 à 11, est enroulé en galette sur le lieu de production, en vue de sa livraison et utilisation sur une machine à isoler les paquets de tôles. Sur la figure 13, l'entrée évasée 34 de l'enveloppe 30 isolante facilite l'insertion axiale des épingles 20, et est dépourvue de toute discontinuité autour des faisceaux de conducteurs d'épingle, de manière à obtenir une tenue diélectrique optimum de la machine. Il est également possible de prévoir une sortie évasée 10 sans discontinuité de l'enveloppe 30 pour limiter les risques de déchirure de l'isolation lors des vrillages des conducteurs. Le dispositif d'isolation selon l'invention n'est pas limité à des encoches L semiouvertes décrites précédemment, mais s'applique également à des encoches 15 ouvertes ou fermées. Le domaine d'application concerne aussi bien les stators et les rotors de machines électriques tournantes. Revendications 1. Procédé d'isolation d'encoches d'un circuit magnétique (18) d'une machine 5 électrique tournante destinée à recevoir un bobinage en épingle (20), et utilisant pour au moins une encoche (L), une enveloppe (30) en matière électriquement isolante, épousant la forme interne rectangulaire de l'encoche (L), et autorisant l'insertion axiale des conducteurs du bobinage (35), caractérisé en ce qu'on utilise pour l'enveloppe (30) un élément isolant (33) 10 tubulaire, lequel est ensuite mis en forme rectangulaire sans discontinuité avec formation de quatre plis. 2. Procédé d'isolation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les quatre 15 plis sont marqués deux à deux par plissage de l'élément isolant (33) tubulaire. 3. Procédé d'isolation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le 20 plissage de l'élément isolant (33) tubulaire s'effectue par laminage. 4. Procédé d'isolation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux premiers plis sont réalisés naturellement lorsque l'élément isolant (33) tubulaire est enroulé en galette en vue de sa livraison et utilisation sur une machine à isoler. 5. Procédé d'isolation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément isolant (33) tubulaire est fabriqué en continu par extrusion d'une matière thermoplastique, puis est découpé à la longueur désirée. 6. Procédé d'isolation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément isolant (33) tubulaire est fabriqué à partir d'une feuille découpée enroulée sur elle-même, et présentant une zone de recouvrement 15 (35) par superposition étanche des deux bords le long d'une génératrice. 7. Procédé d'isolation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fixation des deux bords dans la zone de recouvrement s'opère par collage ou par 20 soudage aux ultra-sons. 8. Procédé d'isolation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la feuille est imprégnée d'une résine thermodurcissable autorisant un collage des deux bords par chauffage et maintien sous pression locale de la zone de recouvrement (35). 9. Procédé d'isolation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément isolant (33) tubulaire est obtenu par l'enroulement spiralé d'au moins une bande (36) d'isolant, suivi d'une liaison des chants par collage, 10 soudage ou refusion partielle. 10. Dispositif d'isolation pour un bobinage en épingle logé dans des encoches (L) d'un circuit de magnétique (18) d'une machine électrique tournante, dans 15 lequel chaque encoche (L) rectangulaire est dotée d'une enveloppe (30) en matière électriquement isolante, épousant la configuration interne de l'encoche (L) pour constituer un écran diélectrique entre les conducteurs du bobinage (35) et le circuit magnétique (18). caractérisé en ce que l'enveloppe (30) d'isolation d'au moins une encoche 20 (L) consiste en un élément isolant (33) de forme rectangulaire sans discontinuité. 11. Dispositif d'isolation selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément isolant (33) de l'enveloppe (30) est à base d'un polymère, notamment de polyester ou de polyimide. 12. Dispositif d'isolation selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'élément isolant (33) comporte une entrée (34) et/ou une sortie évasée sans discontinuité pour faciliter la mise en place des épingles (20), et améliorer la tenue diélectrique de la machine. 13. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que chaque encoche (L) est semi-fermée. 14. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que chaque encoche (L) est ouverte. 15. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que chaque encoche (L) est fermée. 16.Alternateur pour véhicule automobile équipé d'un dispositif d'isolation d'encoches d'un stator selon l'une des revendications 10 à 15.