Brevet FR2990086A1 — publié le 20131101

La présente invention concerne la fabrication de machines électriques et plus particulièrement des stators. Il est connu d'imprégner le stator d'une résine. Celle-ci est appliquée sur la carcasse magnétique et le bobinage sous forme d'un revêtement. L'enrobage se distingue de l'imprégnation par une étape de remplissage du volume mort défini entre un mandrin disposé provisoirement dans l'alésage central du stator et une enveloppe extérieure qui peut être définie par le carter du stator, la carcasse ou autrement. L'enrobage permet de réduire l'échauffement de la machine en remplaçant l'air présent dans le stator par de la résine, qui est conductrice de la chaleur, et ainsi d'augmenter la puissance massique de la machine. L'enrobage permet encore, lorsque la machine est un moteur, d'accroître la tenue au couple maximum du moteur. L'enrobage contribue également à améliorer la qualité d'isolation du stator, sa résistance aux contraintes environnementales et permet de rigidifier sa structure. Actuellement, le mandrin utilisé est en polyéthylène. Le procédé d'enrobage comporte l'introduction du mandrin à froid dans le stator, puis l'ensemble est chauffé de façon à dilater le mandrin avant l'introduction de la résine. Pour démouler le stator, ce dernier est refroidi ; le retrait du mandrin au refroidissement génère le jeu nécessaire au démoulage. Le mandrin porte des résidus de résine après démoulage, ce qui nécessite une opération de nettoyage relativement longue. De plus, le mandrin ayant une surface externe usinée, l'état de surface de la résine n'est pas lisse. Le jeu étant faible lors de l'introduction du mandrin, sa mise en place est délicate. L'invention vise à perfectionner encore les procédés d'enrobage de stators de machines électriques, notamment afin de réduire la durée de l'opération et le coût matière, et elle y parvient grâce à un procédé d'enrobage de stator de machine électrique comportant les étapes consistant à : introduire à l'intérieur du stator une enveloppe expansible non métallique, de préférence élastiquement déformable, dans un état non expansé, provoquer l'expansion de l'enveloppe, couler une résine autour de l'enveloppe, à l'intérieur du stator, rétracter et enlever l'enveloppe après prise de la résine. Par « état non expansé » il faut comprendre un état moins expansé que celui lors du coulage de la résine. Grâce à l'invention, la durée de l'opération d'enrobage est considérablement raccourcie. La mise en place de l'enveloppe est également facilitée, car un jeu relativement 5 important peut être ménagé au moment de l'introduction de l'enveloppe dans le stator. L'expansion de l'enveloppe est de préférence provoquée par un outil d'expansion disposé à l'intérieur de celle-ci. Cet outil d'expansion peut se déformer par une action mécanique, par exemple un effet de coin. Cet outil d'expansion peut comporter une vis de serrage et un mandrin interagissant avec deux butées dont l'écart est modifié par 10 la vis de serrage. Le rapprochement des butées peut s'accompagner d'une expansion radiale du mandrin, et donc de l'enveloppe qui l'entoure. Le mandrin peut comporter des secteurs reliés entre eux un sur deux à une extrémité. Les butées peuvent présenter des surfaces coniques respectives convergeant l'une vers l'autre. L'utilisation d'une enveloppe en une matière synthétique élastiquement 15 déformable est préférée, car elle rend celle-ci peu sensible aux rayures ou aux chocs et offre une bonne maîtrise des dimensions du bloc de résine d'enrobage ayant durci, grâce à la possibilité de contrôler précisément son expansion ; de plus elle conduit à un faible rejet de matière consommable et à une très bonne qualité de surface. De préférence, l'enveloppe comporte ou est en silicone, en caoutchouc ou polyuréthane. 20 L'invention permet, notamment en utilisant un outil d'expansion tel que défini ci-dessus, d'obtenir un enrobage de résine dont le diamètre intérieur présente une faible dispersion, maîtrisée, par exemple inférieure ou égale à 0,2 mm, le long de l'alésage du stator. Le volume de réception de la résine, défini entre l'enveloppe et le stator, est de 25 préférence fermé inférieurement par une platine d'obturation. Le procédé peut comporter la mise en place sur le stator d'au moins un bouchon d'obturation d'un passage de fils. Ce bouchon d'obturation, comme la platine d'obturation, peut être réalisé dans la même matière que l'enveloppe, notamment en une matière élastiquement déformable telle que du silicone. 30 Le bouchon d'obturation peut comporter une fente ou des trous pour le passage des fils. La surface extérieure de l'enveloppe présente avantageusement une rugosité Ra (écart moyen arithmétique) inférieure ou égale à 5, mieux à 3 pm, l'enveloppe étant de préférence venue de coulage ou de compression. Au moins une inscription peut être réalisée par moulage sur la résine, notamment à l'aide d'une inscription en relief présente sur une platine d'obturation et/ou le bouchon d'obturation disposé au niveau du passage des fils vers la boîte à bornes de la machine. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, cette installation comportant : - une enveloppe expansible non métallique, de préférence élastiquement deformable, - un outil d'expansion de l'enveloppe, qui peut être métallique ou non, - de préférence une platine d'obturation du stator à une extrémité, et de préférence, au moins un bouchon d'obturation d'une ouverture de passage de fils du bobinage vers une boîte à bornes de la machine. L'outil d'expansion est avantageusement tel que défini plus haut. L'invention a encore pour objet un stator de machine électrique, comportant : - une carcasse magnétique comportant des dents séparées par des encoches, un bobinage disposé dans les encoches de la carcasse magnétique, un passage central pour le rotor, défini par les dents et par un enrobage de résine, la rugosité Ra de la surface radialement intérieure de l'enrobage de résine, entre les dents, étant inférieure ou égale à 5, mieux à 3 Jim. Une telle rugosité est caractéristique de la mise en oeuvre du procédé avec une enveloppe dont la surface radialement extérieure est lisse, notamment une enveloppe venue 25 de coulage ou de compression. De préférence, la surface radialement intérieure de l'enrobage s'étend en retrait des dents, entre celles-ci. Ceci est caractéristique également de l'utilisation d'une enveloppe élastiquement deformable qui est plaquée contre les dents avant l'introduction de la résine fluide dans le stator. 30 L'enrobage peut comporter des inscriptions en relief, notamment au niveau d'une extrémité axiale du stator et du passage des fils vers la boîte à bornes. Ces inscriptions sont avantageusement réalisées à l'aide de la platine d'obturation et/ou du bouchon d'obturation tels que définis plus haut. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente de façon schématique, en coupe axiale partielle, un exemple de stator de machine électrique destiné à être enrobé par une résine, - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, après expansion de l'enveloppe disposée dans l'alésage central du stator, - la figure 3 illustre la fermeture du stator par une platine d'obturation et un bouchon d'obturation, - la figure 4 représente isolément, en perspective, la platine d'obturation, - la figure 5 représente, en coupe axiale, un détail de réalisation de la platine d'obturation, - la figure 6 est une vue éclatée de l'enveloppe et de l'outil utilisé pour provoquer son expansion à l'intérieur du stator, - les figures 7 et 8 sont des vues en perspective, selon des directions d'observation différentes, du bouchon d'obturation, - la figure 9 est une vue de côté du bouchon d'obturation des figures 7 et 8, - la figure 10 est une section selon X-X de la figure 9, - la figure 11 représente, de façon schématique et partielle, l'alésage central du stator, après enrobage, et - la figure 12 représente une variante de réalisation d'outil d'expansion. On a représenté sur les figures 1 et 2 un stator 10 de machine électrique, comportant une carcasse magnétique 11 formée dans l'exemple considéré par un empilage de tôles magnétiques. Ces tôles sont par exemple découpées séparément et superposées ou découpées sous forme de secteurs reliés entre eux puis enroulés autour d'un axe pour former la carcasse. La carcasse 11 comporte des dents dirigées vers l'entrefer, définissant entre elles les encoches recevant le bobinage de la machine, non apparent. Le bobinage est par exemple concentré ou distribué. La carcasse 11 est disposée dans un carter 12, par exemple venu de fonderie en aluminium. Ce carter 12 peut accueillir extérieurement une boîte à bornes, non représentée, qui sert au raccordement des fils du bobinage avec un module électronique ou un câble d'alimentation. En vue de procéder à l'opération de coulage de la résine dans le stator, une platine d'obturation 20 est disposée sous le stator, comme illustré à la figure 3, pour le fermer inférieurement. Un bouchon d'obturation 30 est également disposé sur le carter 12 pour fermer une ouverture latérale de passage des fils du bobinage vers la boîte à bornes, tout en laissant passer un faisceau de fils. Le carter 12 peut présenter, à son extrémité inférieure, une nervure annulaire 16 et la platine d'obturation 20 une gorge annulaire 22 correspondante, agencée pour s'engager dans la nervure 16, comme illustré à la figure 3. La platine d'obturation 20 est par exemple réalisée dans un matériau élastomère, tel qu'un silicone. Une inscription en relief 24 et en écriture inversée peut être réalisée sur la face supérieure de la platine 20, de façon réaliser une inscription correspondante, en creux, sur la résine coulée à l'intérieur du stator. De préférence, la platine d'obturation a une pente 90 vers la nervure qui délimite radialement vers l'intérieur la gorge 22, de préférence comprise entre 20 et 309, par exemple de 25°, pour faciliter le démoulage et éviter une usure prématurée au risque de laisser un morceau de la platine à chaque stator et donc de plus assurer sa fonction en très peu de moulages. La platine d'obturation 20 peut comporter un emplacement permettant d'inscrire une date de fabrication de la platine, ce trou 26 étant par exemple situé diamétralement à l'opposé de l'inscription 24. Une enveloppe 40 élastiquement déformable, encore appelée peau, est disposée dans le passage central du stator, cette enveloppe 40 étant montée sur un outil d'expansion 50, représenté isolément à la figure 6. L'enveloppe 40 est par exemple, comme illustré, d'épaisseur sensiblement constante sur toute sa hauteur et elle est fermée à son extrémité inférieure par un fond 41. La surface latérale extérieure de l'enveloppe 40 est cylindrique de révolution, d'axe confondu avec l'axe de rotation de la machine, de diamètre du repos d inférieur au diamètre D de l'alésage central de la carcasse magnétique 11 du stator. En variante, l'enrobage présente une épaisseur variable. Le jeu radial j existant avec la carcasse 11, à savoir (D-d) / 2, est par exemple supérieur ou égal à 1 mm, mieux à 1,5 mm, voire à 4 ou 5 mm. Pour un diamètre d, le jeu j représente par exemple au moins 1,5 10-3 d. L'épaisseur de l'enveloppe 40, dans sa partie cylindrique, est par exemple comprise entre 2 et 20 mm, étant constante ou variable. L'enveloppe 40 est de préférence réalisée en silicone, en caoutchouc ou en polyuréthane. L'outil d'expansion 50 comporte un mandrin 51, encore appelé douille, par exemple réalisé en PTFE, comportant des fentes longitudinales 52 définissant des secteurs 53 qui sont reliés un sur deux à une extrémité Ainsi, un secteur donné 53 est relié à l'un des secteurs adjacents par son extrémité supérieure et à l'autre secteur adjacent par son extrémité inférieure. Des trous 54 peuvent être réalisés à l'extrémité des fentes 52 pour éviter de créer des amorces de déchirure, lors de l'écartement des secteurs 53. Chaque fente 52 s'étend du trou 54 jusqu'au bord opposé du mandrin. Le nombre de secteurs est de préférence supérieur ou égal à 2. Le nombre de secteurs est défini en fonction de l'élasticité du mandrin que l'on recherche et du coefficient d'expansion et de la nature de l'enveloppe. En variante, le mandrin est réalisé en métal. L'outil 50 comporte deux butées mobiles 55 et 56, ayant des surfaces coniques convergeant l'une vers l'autre. Le mandrin 51 est réalisé avec un profil intérieur adapté à coopérer avec les butées 55 et 56. Le mandrin 51 peut ainsi être réalisé avec sur sa surface intérieure des pentes de même conicité que les butées 55 et 56, comme illustré à la figure 1. Une vis 58 relie les butées 55 et 56 et permet de les rapprocher ou de les éloigner selon le sens dans lequel est tournée une clé 59 destinée à être entraînée en rotation par un opérateur. La clé actionne un écrou engagé sur la vis 58, solidaire de la butée supérieure. Des rondelles assurent l'immobilisation axiale de la butée inférieure 55 relativement à la vis 58 et limitent la course vers le bas de la butée supérieure 56. Le bouchon d'obturation 30 est de préférence moulé en silicone (mais peu aussi être dans les mêmes failles de matériaux que décrit précédemment), et comporte une embase 31 prolongée par un embout 32 destiné à s'engager dans une ouverture correspondante du carter 12. L'embout 32 comporte une fente 37 pour le passage des fils du bobinage. Cette fente 37 débouche à ses extrémités sur des trous 38 qui évitent de créer une amorce de déchirure. L'embout 32 peut comporter des évidements 33 de part et d'autre de la fente 37. Ces évidements sont adaptés à la géométrie du carter et peimettent de limiter la quantité de matière du bouchon. L'embout 32 peut également comporter, comme illustré, sur sa face radialement intérieure, une inscription 34 en relief, en écriture négative, destinée à faire 10 apparaître une information en écriture positive lors du démoulage. Lorsque l'enveloppe 40, disposée sur le mandrin 51, est introduite à l'intérieur du stator, son diamètre extérieur d est nettement inférieur au diamètre D de l'alésage central de la carcasse magnétique 11, ce qui facilite la mise en place de l'enveloppe 40 sans l'endommager. 15 Les butées 55 et 56 sont ensuite rapprochées pour dilater l'enveloppe 40 radialement vers l'extérieur, sous l'effet de l'expansion radiale du mandrin 51. Les secteurs 53 exercent chacun une poussée dirigée radialement vers l'extérieur sur l'enveloppe 40. L'enveloppe 40 est plaquée contre la surface radialement intérieure des dents 71 de la carcasse 11, visibles sur la figure 11, et légèrement comprimée contre ces 20 dernières. De préférence, la résine est coulée alors que le stator a été préchauffé. Le chauffage du stator, de l'enveloppe 40 et de l'outil d'expansion améliore encore par dilation thermique le contact entre l'enveloppe 40 et les dents 71. Le chauffage du stator peut aussi améliorer la mouillabilité du bobinage par la résine. Un volume de réception de la résine est défini autour de l'enveloppe 40, étant 25 fermé inférieurement par la platine d'obturation 20 et latéralement par le bouchon d'obturation 30. La surface extérieure de l'enveloppe 40 présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 5, mieux à 3 !_tm, l'enveloppe étant de préférence venue de coulage ou de compression. 30 La résine est coulée à chaud, le stator étant de préférence placé dans une cloche à vide qui facilite l'évacuation des bulles d'air contenues dans la résine. La température de la résine est par exemple supérieure ou égale à 60°C. La résine est par exemple une résine époxy bi-composant. La résine polymérise et s'étend, après durcissement, sous la forme d'un enrobage 70 entre les dents 71 de la carcasse magnétique 11, comme visible sur la figure 11. Pour extraire l'enveloppe 40, l'opérateur agit sur la vis 58 pour éloigner les butées 55 et 56 et provoquer la rétraction du mandrin 51. L'enveloppe 40 accompagne, du fait de son élasticité, la rétraction du mandrin 51. L'état de surface de la résine dans l'alésage central du stator est lisse, avec une rugosité Ra inférieure ou égale à 5, mieux à 3 prn, par exemple voisine de 2 pm (microns). En particulier, la surface de la résine est dépourvue de traces d'usinage, contrairement à la surface obtenue lors de l'utilisation d'un mandrin métallique ou plastique usiné, au contact duquel la résine est coulée. La surface de la résine, entre les dents 71, se situe radialement légèrement en retrait des dents 71, de préférence de plus de 1 mm, voire de 1,5 mm, par exemple de l'ordre de 1,8 mm. Ceci est dû à la déformabilité de l'enveloppe 40 qui a pu être comprimée contre les dents 71 par le mandrin 51, tout en pénétrant légèrement dans les encoches formées entre les dents 71, normalement sans toucher le bobinage sauf si cela est recherché. L'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré. Ainsi, d'autres outils d'expansion que celui qui a été décrit peuvent être utilisés. Par exemple, le déplacement des butées qui agissent sur le mandrin peut être causé par un actionneur autre qu'une vis, par exemple un vérin pneumatique ou hydraulique. L'enveloppe peut encore être soumise à la pression d'un gaz ou d'un liquide, contenu par exemple dans une vessie disposée à l'intérieur du mandrin ou directement au contact de l'enveloppe. L'enveloppe peut encore être soumise directement à la pression d'un gaz ou d'un liquide, mais cela rend plus difficile de contrôler son expansion et génère un risque que l'enveloppe contacte le bobinage, ce qui n'est pas souhaité. L'enveloppe peut encore être soumise à la force de dilation thermique d'un mandrin, métallique ou non, muni d'un circuit de chauffage ou de refroidissement qui lui est propre. Par exemple, l'outil d'expansion comporte un serpentin parcouru par un gaz ou un liquide de refroidissement ou de chauffage, ce serpentin étant disposé au sein d'un mandrin comportant un bloc de matière moulé avec l'enveloppe ou sur lequel l'enveloppe est rapportée. Le serpentin procure une capacité de refroidissement et de rétraction rapide dé l'enveloppe. A titre d'exemple, on a représenté à la figure 12 une variante d'outil d'expansion comportant un corps 81, par exemple en aluminium, parcouru par un serpentin 5 82 dans lequel circule un fluide, de façon à pouvoir subir un refroidissement rapide. L'enveloppe 40 est disposée autour du corps 81. Ce dernier peut se dilater sous l'effet de la chaleur et provoquer l'expansion de l'enveloppe 40. Après durcissement de la résine, le corps 81 peut être refroidi rapidement grâce au serpentin, ce qui provoque une diminution de son diamètre et permet le 10 démoulage. Dans une variante, le stator comporte une carcasse magnétique sans carter. REVENDICATIONS1. Procédé d'enrobage d'un stator (10) de machine électrique, comportant les étapes consistant à : - introduire à l'intérieur du stator une enveloppe expansible non métallique (40), de préférence élastiquement déformable, dans un état non expansé, - provoquer l'expansion de l'enveloppe (40), - couler une résine autour de l'enveloppe, à l'intérieur du stator, - rétracter et enlever l'enveloppe (40) après prise de la résine. 2. Procédé selon la revendication précédente, l'enveloppe (40) comportant ou étant constitué par du silicone. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, l'expansion de l'enveloppe étant provoquée par un outil d'expansion (50) disposé à l'intérieur de celle-ci. 4. Procédé selon la revendication 3, l'outil d'expansion comportant une vis de serrage (58) et un mandrin (51) coopérant avec deux butées (55, 56) dont l'écart est modifié par la vis de serrage. 5. Procédé selon la revendication 4, le mandrin (51) comportant des secteurs (53) reliés entre eux un sur deux à une extrémité. 6. Procédé selon la revendication 3, l'outil d'expansion comportant un corps (81) parcouru par un serpentin (82) dans lequel circule un fluide. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, un volume de réception de la résine, défini entre l'enveloppe (40) et le stator, étant fermé inférieurement par une platine d'obturation (20). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant la mise en place sur le stator d'au moins un bouchon (30) d'obturation d'un passage de fils. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la surface extérieure de l'enveloppe (40) présentant une rugosité Ra inférieure ou égale à 5 gm, mieux à 3 !lm. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'enveloppe (40) étant venue de coulage ou de compression. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, au moins une inscription étant réalisée par moulage sur la résine, notamment à l'aide d'une inscription en relief (24; 34) présente sur une platine d'obturation (20) ou un bouchon d'obturation (30) disposé au niveau d'un passage de fils vers une boîte à bornes de la machine. 12. Installation pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, cette installation comportant : - une enveloppe expansible non métallique (40), élastiquement défounable, un outil (50) d'expansion de l'enveloppe (40), de préférence un mandrin expansible tel que défini à la revendication 4 ou 5, - de préférence, une platine (20) d'obturation du stator à une extrémité, - de préférence au moins un bouchon (30) d'obturation d'une ouverture de passage de fils du bobinage vers une boîte à bornes de la machine. 13. Stator de machine électrique, notamment obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comportant : - une carcasse magnétique (11) comportant des dents (71) séparées par des encoches, un bobinage disposé dans les encoches de la carcasse magnétique, - un passage central pour le rotor, défini par les dents (71) et par un enrobage (70) de résine, la rugosité Ra de la surface radialement intérieure de la résine, entre les dents (71), étant inférieure ou égale à 5 um, mieux à 3 um. 14. Stator selon la revendication 13, la surface radialement intérieure de l'enrobage de résine (70) s'étendant en retrait des dents (71). 15. Stator selon la revendication 13 ou 14, la surface radialement intérieure de l'enrobage de résine (70) étant dépourvue de traces d'usinage.