Brevet FR2900773A1 — publié le 20071109

"Procédé de montage d'un enroulement d'un bobinage de stator dans un paquet de tôles" L'invention concerne un procédé de montage d'un enroulement d'un bobinage de stator dans un paquet de tôles. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de montage d'un enroulement d'un bobinage de stator dans un paquet de tôles cylindrique annulaire qui comporte des encoches axiales débouchant axialement dans les faces radiales d'extrémité supérieure et inférieure du paquet de tôles, chaque encoche comportant une rainure axiale qui débouche radialement dans la face cylindrique intérieure du paquet de tôles, l'enroulement comportant au moins une branche axiale qui est agencée dans une encoche associée, la branche axiale comportant une pluralité de brins axiaux de fil conducteur d'électricité, les brins axiaux is étant empilés radialement en plusieurs rangées, procédé du type qui comporte successivement : - une étape d'insertion de la branche axiale de l'enroulement dans l'encoche associée ; et - une étape d'immobilisation de la branche axiale dans 20 l'encoche associée. Selon un mode de réalisation connu, le stator d'une machine électrique tournante est réalisé par insertion de plusieurs enroulements d'un bobinage dans des encoches axiales d'un paquet de tôles annulaire, au moyen d'un dispositif d'insertion. 25 Le document FR-A-2.846.481 décrit un tel dispositif pour le montage d'un bobinage dans les encoches d'un paquet de tôles, qui comporte un bloc d'insertion mobile coaxialement au paquet de tôles. De manière connue, une fois qu'un enroulement du 30 bobinage est monté dans le paquet de tôles, les encoches associées sont fermées, ou obturées, par des cales axiales de fermeture, pour réaliser le maintien en position dudit enroulement du bobinage dans les encoches associées. Ainsi, chaque encoche associée comporte une branche axiale de l'enroulement. Les branches axiales sont formées d'une pluralité de brins axiaux de fil conducteur d'électricité, comme du fil de cuivre. Afin d'augmenter les performances de la machine électrique tournante, les encoches du stator sont remplies par un maximum de brins axiaux, en augmentant ainsi le taux de remplissage des encoches. Cependant, les cales de fermeture sont un obstacle à io l'augmentation du taux de remplissage des encoches, car les cales de fermeture sont logées à l'intérieur des encoches, au détriment du volume utile occupé par les brins axiaux. De plus, les cales de fermeture sont susceptibles de se froisser ou de se détériorer lors de leur insertion dans les 15 encoches, ce qui implique des retouches laborieuses. Les cales sont également maintenant le fusible thermique sur le sous ensemble constitué du stator, car aux températures atteintes maintenant en fonctionnement, elles fondent à 255-260 C ce qui bloque alors la rotation du rotor. Les matériaux 20 compatibles à la fois avec la fonction et le procédé de fabrication sont peu courant et représentent des surcoûts importants. L'invention a pour but de proposer un procédé permettant de s'affranchir des contraintes produites par l'utilisation de cales de fermeture. 25 Dans ce but, l'invention propose un procédé de montage d'un enroulement du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'étape d'immobilisation comporte une phase de déformation qui consiste à élargir tangentiellement au moins un brin axial de la rangée la plus à l'intérieur radialement de la branche axiale au 30 moyen d'un outil de déformation, de manière que la rangée la plus à l'intérieur radialement frotte contre les parois de l'encoche associée, pour immobiliser ladite branche axiale dans ladite encoche. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, la branche axiale de l'enroulement comporte deux brins axiaux adjacents par rangée, chacun des deux brins axiaux adjacents de la rangée la plus à l'intérieure radialement de la branche axiale est élargi tangentiellement. L'invention concerne aussi un outil de déformation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce que l'outil de déformation comporte au moins une lame de déformation qui est montée mobile dans le plan radial médian de io la rainure de l'encoche associée, depuis une position de repos jusqu'à une position de déformation dans laquelle la lame s'étend au moins en partie dans l'encoche associée pour la mise en oeuvre de la phase de déformation du procédé. Selon d'autres caractéristiques de l'outil selon l'invention : 15 - l'extrémité radialement extérieure de chaque lame de déformation comporte un bord radial extérieur qui s'étend en vis-à-vis de l'encoche associée et qui comporte au moins une tête de déformation faisant saillie radialement et étant apte à déformer au moins un brin axial de la branche axiale associée, 20 - la largeur tangentielle de la tête de déformation est sensiblement égale à la largeur tangentielle de la rainure de l'encoche associée, - la tête de déformation comporte des arêtes arrondies afin de laisser les conducteurs intacts; 25 - le bord radial extérieur de chaque lame de déformation comporte trois têtes de déformation qui sont réparties axialement de façon sensiblement régulière afin de répartir les efforts, - la lame d'insertion est apte à insérer radialement au moins en partie la branche axiale de l'enroulement dans l'encoche 30 associée au cours de l'étape d'insertion, - l'outil de déformation comporte une pluralité de lames d'insertion qui sont agencées en cercle. L'invention concerne aussi un stator obtenu par le procédé selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de montage d'un bobinage dans un paquet de tôles ; - la figure 2 est une vue de détail de la face intérieure du io paquet de tôles de la figure 1, qui comporte un enroulement d'un bobinage ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus en coupe radiale d'une encoche du paquet de tôles de la figure 2, illustrant une lame de déformation de l'outil de déformation en position is repos selon l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale du dispositif de montage comportant l'outil de déformation de la figure 3 qui est dans sa position de déformation ; - la figure 5 est une vue de détails en coupe axiale de la 20 lame de déformation de l'outil de déformation de la figure 3 ; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3, illustrant la lame de déformation de l'outil de déformation dans sa position de déformation ; et - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 3, 25 illustrant la lame de déformation de l'outil de déformation dans sa position de repos après déformation. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. 30 La terminologie "supérieur", "inférieur", "intérieur", "extérieur" et "radial", "tangentiel", "axial", est utilisée à titre indicatif pour faciliter la compréhension de la description et des revendications, et sous référence à l'axe A illustré à la figure 1. On a représenté à la figure 1 un paquet de tôles 14 cylindrique annulaire d'axe A. De façon connue, le paquet de tôles 14 est délimité axialement dans une extrémité haute par une face supérieure 14s, dans une extrémité basse par une face inférieure 14i et il est délimité radialement par une face intérieure 15 annulaire concave et une face extérieure 17 annulaire convexe. Le paquet de tôle 14 comporte des encoches 16 disposées axialement. lo Chaque encoche 16 débouche axialement dans la face supérieure 14s radiale et dans la face inférieure 14i radiale du paquet de tôles 14. Chaque encoche 16 comporte une rainure 19 axiale qui débouche radialement dans la face intérieure 15 du paquet de 15 tôles 14. Comme on peut le voir aux figures 2 et 3, deux encoches 16 consécutives sont délimitées entre elles par une dent 34 radiale dont l'extrémité libre comporte une tête 36 évasée tangentiellement. 20 Ainsi, comme on peut le voir à la figure 3, chaque encoche 16 est délimitée tangentiellement par une première paroi 38a et par une seconde paroi 38b. On a représenté à la figure 1 un dispositif pour le montage d'un bobinage 10 de stator 12 de plusieurs enroulements 22 sur le 25 paquet de tôles 14. Chaque enroulement 22 comporte au moins un fil 23 conducteur d'électricité qui est de section circulaire et qui est recouvert d'émail, de façon à isoler électriquement sa face extérieure. 30 Selon un procédé de montage connu, comme par exemple tel que décrit dans le document FR-A-2.846.481, chaque enroulement 22 du bobinage 10 est inséré dans une série d'encoches 16 associée du paquet de tôles 14, notamment au moyen d'un bloc d'insertion 20 illustré aux figure 1 et 4, de manière à obtenir un stator 12 monté. Le bloc d'insertion 20, ou champignon, est globalement cylindrique d'axe A et coaxial au paquet de tôles 14, et est monté mobile axialement depuis une position basse initiale dans laquelle le bloc d'insertion 20 est agencé en dessous de la face inférieure 14i du paquet de tôles 14, jusqu'à une position haute, représentée à la figure 1. Chaque enroulement 22 du bobinage 10 est inséré dans la io série d'encoches 16 associées du paquet de tôles 14 au cours du déplacement axial du bloc d'insertion 20, depuis sa position basse initiale, jusqu'à sa position haute. De manière générale, le nombre d'encoches que comporte un paquet de tôles est égal à trois fois le nombre d'enroulements 15 du bobinage, multiplié par le nombre de pôle du stator. Ici, le paquet de tôles 14 comporte soixante douze encoches 16. Le paquet de tôles 14 peut donc loger six enroulements 22 pour un rotor de douze pôles. Ainsi, chaque enroulement 22 est reçu dans une série de douze encoches 16 20 associées. Toutefois, pour faciliter la compréhension de la description, le bobinage 10 représenté à la figure 2 est incomplet et ne comporte qu'un enroulement 22. L'enroulement 22 représenté monté à la figure 2 comporte 25 une série de spires formant une alternance de branches transversales 26 et de branches axiales 24. Comme on peut le voir à la figure 3 de façon schématique, chaque branche axiale 24 de l'enroulement 22 est agencée dans une encoche 16 associée et comporte une pluralité de brins 28 30 axiaux de fil 23 conducteur d'électricité. Les brins 28 sont empilés radialement, formant plusieurs rangées 30 globalement parallèles qui comportent chacune deux brins 28 adjacents. La référence 30a de la figure 3 désigne la rangée la plus à l'intérieure radialement dans l'encoche 16 associée. De plus, un jeu "j" sépare les brins 28 axiaux des parois 38a, 38b des encoches 16. Les parois 38a, 38b sont recouvertes d'un film 46 isolant électriquement, de manière que les brins 28 de chaque branche axiale 24 soient isolés électriquement par rapport au paquet de tôles 14. Comme on peut le voir à la figure 3, le taux de remplissage io de l'encoche 16 en brins 28 axiaux est tel que les brins 28 de la rangée 30a la plus à l'intérieur radialement sont proches d'une portion 56 radialement extérieure des têtes 36 évasées des deux dents 34 axiales qui délimitent radialement vers l'intérieur ladite encoche 16 associée. is Une fois que l'enroulement 22 est inséré dans le paquet de tôles 14, une étape d'immobilisation du procédé de montage consiste à maintenir l'enroulement 22 dans une position insérée dans le paquet de tôles 14. Conformément à l'invention, l'étape d'immobilisation 20 comporte une phase de déformation qui consiste à élargir tangentiellement et localement les deux brins 28 axiaux de la rangée 30a la plus à l'intérieure radialement de chaque branche axiale 24 de l'enroulement 22 au moyen d'un outil 32 de déformation. 25 En d'autres termes, la phase de déformation consiste à élargir tangentiellement les deux brins 28 les plus proches de la rainure 19. Ainsi, comme on peut le voir à la figure 7, après la phase de déformation du procédé selon l'invention, la rangée 30a la plus 30 à l'intérieure radialement de chaque branche axiale 24 frotte contre les parois 38a, 38b de l'encoche 16 associée, ou plus précisément contre le film isolant 46, de sorte que chaque branche axiale 24 est immobilisée dans l'encoche 16 associée. Il est bien entendu possible que d'autres brins 28 axiaux que ceux de la rangée 30a soient déformés au cours de la phase de déformation du procédé, sans que le résultat du procédé ne soit changé. L'outil 32 de déformation pour la mise en oeuvre du procédé comporte une pluralité de lames 40 de déformation, plus précisément une lame 40 de déformation par branche axiale 24 de l'enroulement 22, soit ici douze lames 40 de déformation. Les lames 40 de déformation sont agencées angulairement io de manière régulière formant un cercle autour de l'axe A. Chaque lame 40 de déformation s'étend dans le plan radial médian de la rainure 19 d'une encoche 16 associée, lorsque le bloc d'insertion 20 est dans sa position haute d'insertion. Chaque lame 40 de déformation est montée mobile dans le is bloc d'insertion 20 selon une direction radiale, depuis une position initiale de repos représentée à la figure 3, jusqu'à une position de déformation représentée aux figures 4 et 6. Cependant, chacune des lames 40 de déformation et chacune des branches axiales 24 de l'enroulement 22 étant 20 identiques, on se limitera à décrire le procédé de montage selon l'invention pour une branche axiale 24 au moyen d'une unique lame 40 de déformation. L'extrémité radialement extérieure de la lame 40 de déformation comporte un premier bord 42 radial extérieur qui 25 s'étend en vis-à-vis de la rainure 19 associée et qui comporte trois têtes 44 de déformation. Les trois têtes 44 sont réparties de manière globalement régulière dans le premier bord 42 radial extérieur de la lame 40 de déformation. 30 Chacune des trois têtes 44 de déformation est globalement de la forme d'un rectangle axial qui fait saillie radialement. Les arêtes des têtes 44 sont arrondies, de manière à ne pas détériorer l'émail des deux brins 28 axiaux de la rangée 30a au cours de la phase de déformation du procédé selon l'invention. La lame 40 de déformation, ainsi que chacune des trois têtes 44 de déformation, sont d'une largeur tangentielle légèrement inférieure à la largeur tangentielle de la rainure 19 de l'encoche 16 associée. Ainsi, au cours de l'étape d'immobilisation du procédé selon l'invention, la lame 40 de déformation de l'outil 32 est entraînée radialement depuis sa position initiale de repos, puis la lo lame 40 traverse la rainure 19 associée, et entame la phase de déformation. A titre indicatif, à la suite de l'étape d'insertion de l'enroulement 22 par le bloc d'insertion 20, il est possible que la branche axiale 24 ne soit pas dans le fond de l'encoche 16. Dans is un tel cas, l'outil 32 d'insertion pousse radialement la branche axiale 24 vers le fond de l'encoche 16 associée, avant d'entamer la phase de déformation des deux brins 28 axiaux de la rangée 30a. Au cours de la phase de déformation, chacune des têtes 44 20 de la lame 40 de déformation écrase en élargissant tangentiellement les deux brins 28 axiaux de la rangée 30a de l'enroulement 22 par compression radiale entre chacune des têtes 44 de déformation et les autres brins 28 de la branche axiale 24, jusqu'à ce que la lame 40 occupe sa position de déformation, 25 illustrée à la figure 6. Ainsi, les deux brins 28 de la rangée 30a sont élargis tangentiellement en trois zones correspondant aux têtes 44, et la rangée 30a de la branche axiale 24 frotte contre les parois 38a, 38b de l'encoche 16 associée, ou plus précisément contre le film 30 isolant 46, pour immobiliser ladite branche axiale 24 dans ladite encoche 16. Ensuite, la lame 40 de déformation est entraînée vers l'intérieur radialement par des moyens de rappels (non Io représentés), jusqu'à sa position initiale de repos, comme le montre la figure 7. Le procédé de montage selon l'invention est ensuite répété pour chaque enroulement 22 supplémentaire. Selon une variante non représentée du procédé selon l'invention, la branche axiale 24 de l'enroulement 22 comporte plusieurs rangées 30 empilées radialement qui comportent chacune trois brins 28 adjacents. Selon cette variante, l'étape d'immobilisation comporte une io phase de déformation qui consiste à élargir tangentiellement le brin 28 axial central de la rangée 30a la plus à l'intérieure radialement de la branche axiale 24 au moyen de l'outil 32 de déformation, de manière à élargir tangentiellement la rangée 30a pour qu'elle frotte sur les parois 38a, 38b de l'encoche 16 ls associée. A titre non limitatif, l'outil 32 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut être utilisé avec un autre dispositif d'insertion du bobinage que le dispositif d'insertion axiale décrit précédemment. 20 De plus, l'outil 32 de déformation peut être utilisé pour la mise en oeuvre de l'étape d'insertion, en poussant radialement les brins axiaux 28 des enroulements 22 dans les encoches 16 associées. Selon une variante non représentée de réalisation de la 25 phase de déformation du procédé selon l'invention, le film isolant 46 des encoches 22 peut être déformé localement lors de la compression des deux brins 28 par la lame 40, de manière qu'il épouse sensiblement la forme des brins 28 axiaux de chaque rangée 30a lors de la phase de déformation, pour assurer une 30 meilleure immobilisation de chaque branche axiale 24. REVENDICATIONS 1. Procédé de montage d'un enroulement (22) d'un bobinage (10) de stator (12) dans un paquet de tôles (14) cylindrique annulaire qui comporte des encoches axiales (16) débouchant axialement dans les faces radiales (14s, 14i) d'extrémité supérieure et inférieure du paquet de tôles (14), chaque encoche (16) comportant une rainure (19) axiale qui débouche radialement dans la face cylindrique intérieure (15) du io paquet de tôles (14), l'enroulement (22) comportant au moins une branche axiale (24) qui est agencée dans une encoche (16) associée, la branche axiale (24) comportant une pluralité de brins axiaux (28) de fil (23) conducteur d'électricité, les brins axiaux (28) étant empilés radialement en plusieurs rangées (30), procédé 15 du type qui comporte successivement : - une étape d'insertion de la branche axiale (24) de l'enroulement (22) dans l'encoche (16) associée ; et - une étape d'immobilisation de la branche axiale (24) dans l'encoche (16) associée, 20 caractérisé en ce que l'étape d'immobilisation comporte une phase de déformation qui consiste à élargir tangentiellement au moins un brin axial (28) de la rangée (30a) la plus à l'intérieure radialement de la branche axiale (24) au moyen d'un outil (32) de déformation, de manière que la rangée (30a) la plus 25 à l'intérieure radialement frotte contre les parois (38a, 38b) de l'encoche (16) associée, pour immobiliser ladite branche axiale (24) dans ladite encoche (16). 2. Procédé selon la revendication 1, pour l'immobilisation d'un enroulement (22) dont la branche axiale (24) comporte deux 30 brins axiaux (28) adjacents par rangée (30), caractérisé en ce que chacun des deux brins axiaux (28) adjacents de la rangée (30) la plus à l'intérieure radialement de la branche axiale (24) est élargi tangentiellement. 3. Outil (32) de déformation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil (32) de déformation comporte au moins une lame (40) de déformation qui est montée mobile dans le plan radial médian de la rainure (19) de l'encoche (16) associée, depuis une position de repos jusqu'à une position de déformation dans laquelle la lame (40) s'étend au moins en partie dans l'encoche (16) associée pour la mise en oeuvre de la phase de déformation du procédé. l0 4. Outil (32) de déformation selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité radialement extérieure de chaque lame (40) de déformation comporte un bord radial extérieur (42) qui s'étend en vis-à-vis de l'encoche (16) associée et qui comporte au moins une tête (44) de déformation faisant 15 saillie radialement et étant apte à déformer au moins un brin (28) axial de la branche axiale (24) associée. 5. Outil (32) de déformation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur tangentielle de la tête (44) de déformation est sensiblement égale à la largeur tangentielle de la 20 rainure (19) de l'encoche (16) associée. 6. Outil (32) de déformation selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que la tête (44) de déformation comporte des arêtes arrondies. 7. Outil (32) de déformation selon l'une quelconque des 25 revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le bord radial extérieur (42) de chaque lame (40) de déformation comporte trois têtes (44) de déformation qui sont réparties axialement de façon sensiblement régulière. 8. Outil (32) de déformation selon l'une quelconque des 30 revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la lame (40) d'insertion est apte à insérer radialement au moins en partie la branche axiale (24) de l'enroulement dans l'encoche (16) associée au cours de l'étape d'insertion. 9. Outil (32) de déformation selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'outil (32) de déformation comporte une pluralité de lames (40) d'insertion qui sont agencées en cercle. 10. Stator (12) obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2.