Brevet FR2882613A1 — publié le 20060901

Procédé de fabrication d'un rotor d'une machine électrique tournante Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un bobinage d'excitation d'un rotor d'une machine électrique tournante. L'invention trouve des applications notamment dans le domaine de l'industrie automobile et, en particulier, dans le domaine des alternateurs et des alterno-démarreurs. Etat de la technique La machine électrique tournante comporte un rotor et un stator sur chacun desquels peut être réalisé un bobinage électrique. Cette machine électrique tournante peut être un alternateur qui permet de transformer un mouvement de rotation du rotor en un courant électrique. La machine électrique peut aussi être un moteur qui permet de transformer un courant électrique, qui traverse le bobinage du rotor, en un mouvement de rotation du rotor. La machine peut aussi être réversible et donc transformer l'énergie mécanique en énergie électrique et vice et versa. Un rotor comporte de façon conventionnelle: - un noyau magnétique, - un bobinage électrique qui comporte un enroulement d'au moins un élément conducteur, - un support de bobine comportant au moins un flasque transversal annulaire servant notamment pour l'enroulement d'au moins un élément conducteur. Le bobinage est réalisé lors d'une étape d'enroulement de l'élément conducteur ce qui permet de former des spires régulièrement réparties sur le noyau magnétique. Un bobinage se présente donc comme une juxtaposition horizontale et verticale de spires, formant des couches d'élément conducteur superposées radialement. L'élément conducteur a, en coupe transversale, une forme généralement ronde. On pourra noter également que l'élément conducteur comprend une partie conductrice électriquement, par exemple, un fil de cuivre ainsi qu'une partie isolante électriquement, par exemple une couche d'émail entourant le fil de cuivre. Or, au cours de l'utilisation de la machine tournante, en raison des vibrations et sous l'effet de la force centrifuge, les spires de l'élément conducteur électrique se déplacent les unes par rapport aux autres et frottent soit entre elles soit contre au moins un flasque du support de bobine. Ainsi, l'émail protégeant le fil de cuivre peut être endommagé. Les courts-circuits, qui en résultent, entraînent plus ou moins rapidement la mise hors d'usage de la machine tournante. En outre, il existe des interstices entre des spires adjacentes de l'élément conducteur électrique. Ces interstices sont remplis d'air. Or, au cours du fonctionnement de la machine électrique, les spires s'échauffent. L'air présent dans les interstices étant un isolant thermique, l'évacuation de la chaleur vers l'extérieur du bobinage n'est pas optimisée. Le rendement de la machine en est donc diminué. Pour éviter ces inconvénients, le document FR 1560304 divulgue un procédé de fabrication d'un bobinage d'un rotor d'une machine électrique tournante. Ce rotor comprend des dents appartenant à des roues polaires. Après avoir constitué un bobinage sur un noyau magnétique par une étape d'enroulement d'au moins un élément conducteur, on vient remplir avec un liant, formant un moyen d'imprégnation, des interstices existants entre des spires adjacentes. Ce liant est meilleur conducteur thermique que l'air. A cet effet, une tête de distribution déverse le liant, lorsque le rotor est à l'arrêt, en utilisant l'espace qui existe entre les deux dents adjacentes. Puis le rotor tourne d'un angle de 120 , et la tête de distribution déverse à nouveau le liant. Le liant est ainsi déversé en plusieurs points répartis sur le pourtour du bobinage. Cette distribution s'effectue donc en plusieurs étapes. Le procédé divulgué dans ce document ne permet pas de remplir, de manière satisfaisante, tous les interstices existants entre les spires adjacentes de l'élément conducteur électrique. En effet, le rotor étant monté avec ses roues polaires, le distributeur ne peut s'approcher d'une manière optimale du bobinage. II en résulte que le versement du liant ne peut être précis. Il y a ainsi des risques que le liant se déverse sur des zones du rotor qui ne cloivent pas normalement le recevoir, telles que les dents ou les roues polaires. De plus, le distributeur dépose le liant de manière ponctuelle sur le pourtour du bobinage. Ainsi les interstices existants entre les spires adjacentes des couches supérieures du bobinage ne sont pas tous remplis uniformément. En outre, dans le cas où la densité des spires de l'élément conducteur électrique dans le bobinage est importante, le liant ne peut parvenir aux interstices existants entre les spires adjacentes des couches inférieures du bobinage. Enfin le procédé, tel que présenté dans l'état de la technique, n'est pas optimisé en temps puisque le liant est versé en plusieurs fois sur le bobinage. Exposé de l'invention Aussi, un problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un bobinage d'excitation d'un rotor, ainsi qu'une machine électrique tournante associée, qui permettent: - d'améliorer le remplissage avec un liant des interstices existants entre les spires adjacentes des couches supérieures et inférieures du bobinage, - de diminuer le temps du procédé de fabrication, - de réaliser le remplissage des interstices et ce de manière simple et 20 économique. Une solution au problème technique posé est selon un premier objet de la présente invention un procédé de fabrication caractérisé en ce que l'étape d'imprégnation a lieu au cours de l'étape d'enroulement de l'élément conducteur électrique. Grâce à l'invention, les interstices existants entre les spires adjacentes se remplissent de liant au fur et à mesure que le bobinage se réalise. Ainsi, les frottements entre les spires sont évités et l'évacuation de la chaleur au niveau du bobinage est améliorée de sorte que les performances magnétiques du rotor sont accrues. Selon des modes de réalisation préférentiels non limitatifs, le procédé objet de l'invention présente les caractéristiques supplémentaires, prises isolément ou en combinaison, énoncées ci-après. Le liant est un vernis sous une forme liquide ou semi-liquide. Le liant est déposé sur une partie de la longueur de l'élément conducteur par des moyens distributeurs. Le liant est déposé sur toute la longueur de l'élément conducteur par des moyens distributeurs. Le liant (34) devient solide une fois l'étape d'enroulement terminée. On vient solidifier le liant par des moyens de chauffage. Selon un deuxième objet de l'invention, une machine électrique tournante, notamment pour un véhicule automobile, dotée d'un rotor comportant un bobinage d'excitation est caractérisée en ce que le bobinage est réalisé selon le procédé de l'invention. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas d'une machine électrique tournante avec un rotor à griffes portant des aimants permanents. Brève description des Figures La Fig. 1 est une vue partielle en élévation et partiellement en coupe 20 axiale d'un rotor à griffes portant des aimants permanents, ledit rotor comportant un bobinage fabriqué selon le procédé de l'invention. La Fig. 2 est une représentation schématique de la mise en oeuvre d'un procédé d'imprégnation, selon un premier mode de réalisation non limitatif de l'invention, La Fig. 3 est une représentation sclhématique de la mise en oeuvre d'un procédé d'imprégnation, selon un second mode de réalisation non limitatif de l'invention et, La Fig. 4 est une représentation schématique de la mise en oeuvre d'un procédé d'imprégnation, selon un troisième mode de réalisation non limitatif de 30 l'invention. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention. Dans la description qui suit, on a représenté un exemple de machine électrique. On a représenté à la Fig. 1 un rotor 1 appartenant à un alternateur de type à griffes portant des aimants permanents. Dans la suite de la description, on utilisera une orientation axiale X-X d'avant en arrière qui correspond à une orientation de gauche à droite en considérant la Fig. 1. Le rotor 1 possède un arbre d'entraînement 20 qui permet le montage dudit rotor 1 en rotation dans un carter (non représenté) de l'alternateur. Ce carter porte centralement des roulements, dont l'un 26 est représenté à la Fig. 1, pour le montage rotatif de l'arbre. Un noyau 21 annulaire sensiblement cylindrique est monté solidaire en rotation sur le tronçon central de l'arbre d'entraînement 20 d'axe de rotation X-X. Il est prévu, en outre, un support de bobine, en matière plastique isolante électriquement, porté par la périphérie externe du noyau. Dans une forme de réalisation, le support de bobine comporte un unique flasque transversal annulaire. Une couche en matériau isolant électriquement est placée sur la périphérie externe du noyau. L'enroulement de l'élément conducteur électrique s'effectue donc sur ladite couche. On notera que cette couche est indépendante du support de bobine et que, de par l'étape d'enroulement, elle est interposée radialement entre les spires radialement intérieures du bobinage et le noyau. Dans une autre forme de réalisation, le support de bobine peut comporter un unique flasque transversal arrière annulaire et également une jupe d'orientation axiale. Dans ce cas, la jupe d'orientation axiale s'étend vers l'avant depuis le bord interne de la face arriière du flasque. Dans une autre forme de réalisation, le support de bobine comporte un flasque transversal avant annulaire et un flasque transversal arrière annulaire et une jupe annulaire d'orientation axiale reliant les deux flasques. Pour ces deux dernières formes de réalisation, une fois l'étape d'enroulement de l'élément conducteur électrique effectuée sur le support de bobine, ce dernier est monté sur le noyau magnétique. La jupe d'orientation axiale est ainsi interposée radialement entre les spires radialement intérieures du bobinage et le noyau magnétique et reprend, en outre, la fonction de la couche en matériau isolant électriquement. On notera que le support de bobine peut être monté, par exemple, à force sur le noyau magnétique. On notera également que le noyau magnétique est un élément annulaire sensiblement cylindrique indépendant des deux roues polaires. En variante, le noyau magnétique peut être en deux parties dont chacune est venue de matière avec la face interne d'une roue polaire correspondante. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, le bobinage du rotor de la machine électrique tournante est réalisé dans un support de bobine en matière plastique qui permet de recevoir et de guider l'élément conducteur lors de son enroulement et qui est fixé, par exemple, par emmanchement à force sur un noyau magnétique 21. Le support de bobine a, en section, une forme de U. II comporte un flasque transversal avant annulaire 25a, un flasque transversal arrière annulaire 25b et une jupe annulaire d'orientation axiale 25c reliant les deux flasques. Le noyau 21 est ici d'un seul tenant. Il est serré axialement entre les deux roues polaires 23a, 23b. Chacune des roues polaires 23a, 23b comporte un plateau annulaire (17) portant à sa périphérie externe des griffes comprenant chacune une partie transversale 19 d'enracinement au flasque prolongé par une dent 24a, 24b d'orientation axiale. Les dents 24a, 24b sont, par exemple, au nombre de six pour chacune des roues polaires 23a, 23b et réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe X-X comrnun aux roues polaires 23a, 23b et à l'arbre d'entraînement 20. Dans ce mode de réalisation, chacune des dents 24a, 24b d'une roue polaire 23a, 23b s'étend axialement vers la roue polaire 23a, 23b en vis- à-vis, de manière que les dents 24a, 24b soient imbriquées les unes dans les autres et de manière à délimiter radialement, avec la surface cylindrique externe 18 du noyau 21, un espace dans lequel est agencé un bobinage 22. Le bobinage électrique 22 est réalisé par l'enroulement en spires d'un élément conducteur électrique 30, de manière à former des couches d'élément conducteur lorsqu'on se déplace radialement, de l'intérieur vers l'extérieur, dans le bobinage. L'élément conducteur comprend une partie conductrice électriquement 36, par exemple, un fil de cuivre entouré d'une simple partie isolante électriquement 31, par exemple, une couche d'émail. L'élément conducteur a, en coupe transversale, une forme généralement ronde. Le bobinage est réalisé par l'enroulement de l'élément conducteur 30 de manière à former des couches Ci contenant des spires Sj. L'indice i varie de 1 à n, n étant le nombre maximal de couches du bobinage. L'indice j varie de 1 à m, m étant le nombre maximal de spires par couche. Les couches sont ainsi superposées radialement. Les spires appartenant à la même couche sont alignées axialement. Dans la suite de la description, la première couche de l'élément 5 conducteur, qui sera désignée par la référence Cl , est donc la couche radialement intérieure du bobinage 22. La première spire de la couche Ci, qui sera désignée par la référence S1, correspond à la spire qui sera la première enroulée pour une couche déterminée. Selon les couches, la première spire sera donc alternativement la spire la plus proche du flasque annulaire arrière 25b, ou celle la plus proche du flasque annulaire avant 25a. Le flasque transversal arrière 25b comporte un premier moyen 27 pour la fixation de l'extrémité de départ de l'élément conducteur électrique 30. Le flasque transversal arrière 25b comporte en outre un deuxième moyen (non représenté), sensiblement dliamétralement opposé au premier moyen 27, pour la fixation de l'extrémité terminale de l'élément conducteur électrique. L'extrémité de départ et l'extrémité terminale de l'élément conducteur électrique sont prévues pour être reliées électriquement à une source de 20 courant électrique pendant le fonctionnement du rotor 1. L'enroulement de l'élément conducteur 30 s'effectue selon les étapes suivantes. En premier lieu, l'élément conducteur électrique est fixé sur le support de bobine par le premier moyen 27. L'enroulement est ensuite réalisé par la combinaison de deux mouvements: une rotation du noyau 21 autour de son axe X-X et une translation axiale, du noyau par rapport à l'élément conducteur, ou de l'élément conducteur par rapport au noyau. Ainsi, la première spire SI de l'élément conducteur, appartenant à la première couche Cl du bobinage, est enroulée sur la jupe d'orientation axiale 25c, à partir du flasque arrière 25b. La deuxième spire S2 de l'élément conducteur, appartenant à la première couche Cl du bobinage, est enroulée sur la jupe axiale à côté de la première spire SI, par exemple, par décalage axial du noyau 21 et ainsi de suite. L'étape d'enroulement se termine par la fixation de l'extrémité terminale de l'élément conducteur électrique sur le deuxième moyen de fixation. L'enroulement forme ainsi une juxtaposition horizontale et verticale de spires séparées par des interstices 33. Au cours de l'étape d'enroulement, l'étape d'imprégnation est réalisée. On remplit ainsi avec un liant, au fur et à mesure de l'enroulement, les interstices 33 existants entre les spires adjacentes d'un élément conducteur électrique 30, ainsi que les interstices 33 existants entre les spires et les flasques 25a, 25b du support de bobine. Le liant 34 est choisi de telle sorte qu'il puisse remplir les interstices facilement. Le liant est, par exemple, un vernis qui peut être sous une forme liquide, ou semi-liquide tel qu'un gel. Ainsi, un premier mode de réalisation est décrit et représenté à la Fig. 2. La première spire SI de l'élément conducteur 30, appartenant à la première couche Cl, est enroulée au plus près du flasque arrière 25b. Les spires suivantes (S2, ...) se décalent progressivement axialement vers l'avant, c'est-à-dire dans le sens de la flèche FI, pour former la première couche Cl du bobinage sur la jupe 25c. La première spire SI de l'élément conducteur 30, appartenant à la deuxième couche C2, est enroulée au plus près du flasque avant 25a. Les spires suivantes se décalent progressivement axialement vers l'arrière en direction du flasque arrière, c'est-à-dire dans le sens de la flèche F2, pour former la deuxième couche du bobinage. L'enroulement de l'élément conducteur 30 se poursuit de manière analogue, les spires de chaque couche se décalant alternativement vers l'avant ou vers l'arrière d'une couche à l'autre. Au cours de la constitution des différentes couches, un moyen distributeur 35 vient déverser un liant une fois la spire insérée dans sa couche. Ainsi, les interstices sont remplis au fur et à mesure qu'ils sont créés. Cependant, selon un deuxième mode de réalisation, représenté à la Fig. 3, on peut également prévoir que le moyen distributeur 35 vienne déverser le liant sur la spire, lors de l'étape d'enroulement, mais avant que celleci ne soit insérée dans sa couche. Ainsi, les interstices se remplissent dès l'insertion de la spire. En outre, selon un troisième mode de réalisation, représenté à la Fig. 4, on peut également prévoir que le moyen distributeur 35 vienne déverser le liant sur la couche inférieure Ci, lors de l'enroulement des spires de la couche qui lui est supérieure Ci+1. Enfin, selon un quatrième mode de réalisation, non représenté, on peut également prévoir que le moyen distributeur 35 vienne déverser le liant sur l'ensemble de la largeur du support de bobine au cours de l'enroulement des spires formant des couches successives. Le moyen distributeur 35 sera donc de dimensions appropriées et/ou à une distance appropriée par rapport au bobinage pour déverser le liant sur plusieurs spires en même temps. Dans les quatre modes de réalisation, le moyen distributeur 35 peut être une buse reliée à un réservoir (non représenté) de liant. La buse peut, par exemple, suivre le décalage des spires lors de la constitution des couches successives ou être immobile. La buse permet de déposer le liant sur toute la longueur de l'élément 10 conducteur 30. L'ensemble des interstices 33, existants entre les spires adjacentes et les spires et le support de bobine 25a, 25b, 25c, est ainsi rempli par le liant. La dernière couche du bobinage est également recouverte de ce liant. On peut prévoir également, pour les deux modes de réalisation, des moyens de contrôle (non représentés) du débit du liant dans la buse. Ces moyens peuvent être, par exemple, de type à pince ou à clapet. Ainsi, on peut sélectionner, pour les deux modes de réalisation, les couches du bobinage pour lesquelles on veut remplir les interstices 3:3 existants, en déposant le liant sur une partie de la longueur de l'élément conducteur électrique 30. Par exemple, on peut venir imprégner seulement les couches inférieures. Ces couches sont les plus difficiles à atteindre, par un procédé d'imprégnation classique, du fait de la densité des spires. Pour les couches supérieures, on viendra ultérieurement remplir les interstices par un autre procédé classique de dépose d'un liant. Outre le remplissage des interstices, ce procédé permettra de recouvrir la dernière couche de liant. Le procédé classique pourra être, par exemple, celui décrit dans l'état de la technique. Le liant, une fois l'étape d'enroulement terminée, devient solide. La solidification peut avoir lieu, par exemple par des moyens de chauffage tels qu'une étuve. Ainsi les spires adjacentes sont immobilisées les unes par rapport aux autres et par rapport au support de bobine 25a, 25b, 25c. Les frottements entre les spires sont ainsi évités et l'évacuation de la chaleur au niveau du bobinage est améliorée de sorte que les performances magnétiques du rotor, au cours du fonctionnement de la machine, sont accrues. On notera qu'on peut utiliser les moyens de chauffage en une fois selon qu'on utilise seulement le procédé de l'invention ou qu'on combine ce procédé avec un procédé d'imprégnation classique. On peut également utiliser les moyens de chauffage en plusieurs fois dans le cas où on combine ce procédé avec un procédé d'imprégnation classique. L'invention permet donc de fabriquer un bobinage d'excitation d'un rotor 1 d'une machine électrique tournante en améliorant le remplissage avec un liant 34 des interstices 33 existants entre des spires adjacentes des couches supérieures et inférieures du bobinage 22. Le liant 34 pénètre ainsi au coeur du bobinage 22 car l'étape d'imprégnation a lieu au cours de l'étape d'enroulement. Par ailleurs, le versement du liant 34 est contrôlé et plus précis. Seul le bobinage 22 le reçoit. Ceci évite des projections du liant sur des zones du rotor, telles que les roues polaires, qui ne doivent pas être recouvertes, à cet instant, par ledit liant. Le recours à des opérations de grattage ou de décapage sur ces zones du rotor est ainsi évité. On pourra ainsi, par exemple, effectuer rapidement une opération de soudage d'un ventilateur, sur une ou les deux roues polaires. Enfin, ce procédé est plus performant en terme de gain de temps. En effet, on remplit des interstices au cours de l'étape d'enroulement de l'élément conducteur électrique 30. Une fois l'étape d'enroulement terminée, on vient placer l'ensemble comprenant le bobinage 22, le support de bobine 25a, 25b, 25c, le noyau 21 entre les deux roues polaires 23a, 23b. On notera que ce montage peut se faire avant ou après l'utilisation des moyens de chauffage sur le bobinage. Dans le cas des rotors à griffes à aimants permanents, on vient placer des aimants 28 dans les dents 24a, 24b. Les aimants 28 sont logés dans des rainures 29 présentes dans les faces latérales de deux dents 24a, 24b respectives. L'opération de rainurage a lieu une fois les dents placées les unes par rapport aux autres, donc une fois que l'ensemble comprenant le bobinage 22, le support de bobine 25a, 25b, 25c, le noyau 21, est serré axialement entre les deux roues polaires 23a, 23b. On notera que lors de ce rainurage, il y a des risques de projection de copeaux et donc de dégradation du bobinage 22 par ces copeaux. Le vernis, présent sur la dernière couche supérieure du bobinage et qui 35 est dans une forme solide, agit ainsi comme un moyen de protection du bobinage contre les copeaux. Ainsi, ce procédé, en remplissant des interstices au cours de l'étape d'enroulement d'un fil de cuivre entouré d'une simple couche d'émail, permet un temps de fabrication réduit sans étapes supplémentaires et ceci de manière simple et économique. De plus, avec ce type de fil de cuivre émaillé, le diamètre de l'élément conducteur est limité, le volume des interstices ainsi créé et donc le besoin en liant est réduit. La présente description n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus. L'invention s'applique à tout type de machine électrique tournante tel qu'un alternateur, un ralentisseur électromagnétique ou un coupleur électromagnétique à courants de Foucault et également à tout type de machine électrique tournante réversible tel qu'un alterno-démarreur. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un bobinage (22) d'excitation d'un rotor (1) 5 d'une machine électrique tournante comportant: - une étape d'enroulement d'au moins un élément conducteur électrique (30), l'enroulement formant, en couches superposées, une juxtaposition horizontale et verticale de spires de l'élément conducteur électrique, - une étape d'imprégnation destinée à remplir avec un liant (34) des interstices (33) formés entre des spires adjacentes, caractérisé en ce que l'étape d'imprégnation a lieu au cours de l'étape d'enroulement de l'élément conducteur électrique (30). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liant (34) est 15 un vernis sous une forme liquide ou semi-liquide. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant (34) est déposé sur une partie de la longueur de l'élément conducteur (30) par des moyens distributeurs (35). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant (34) est déposé sur toute la longueur de l'élément conducteur (30) par des moyens distributeurs (35). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le liant (34) devient solide une fois l'étape d'enroulement terminée. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'on vient 30 solidifier le liant (34) par des moyens de chauffage. 7. Machine électrique tournante dotée d'un rotor comportant un bobinage d'excitation caractérisée en ce que ledit bobinage est réalisé selon le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Machine électrique tournante selon la revendication 7 caractérisée en ce que le rotor est un rotor à griffes portant des aimants permanents.