Brevet FR3000629A1 — publié le 20140704

- 1 - PROCEDE DE FABRICATION D'UNE MACHINE ELECTRIQUE DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne la fabrication des machines électriques, notamment destinées à être installées dans des véhicules routiers. [0002] La présente invention concerne notamment les machines électriques à bobinage statorique. Cette invention trouve, par exemple, un exemple d'application dans les machines électriques sans balais à aimants permanents. [0003] Une machine électrique est une machine permettant la conversion entre énergie électrique et énergie mécanique. Cette conversion peut se faire dans les deux sens, selon que la machine fonctionne en générateur ou en moteur. Il existe différents types de machines, que ce soit des machines à courant continu ou des machines à courant alternatif, au sein desquelles on trouve des machines synchrones ou asynchrones. Pour effectuer cette conversion, une machine électrique comprend généralement une partie fixe, nommée stator, et une partie mobile en rotation, nommée rotor. [0004] Les machines électriques peuvent être installées dans toutes sortes de systèmes, notamment dans un véhicule routier, et plus particulièrement dans une roue d'un véhicule routier. Dans une telle configuration particulière, un des enjeux de l'installation d'une machine électrique repose sur la connexion de la machine aux connexions externes, en l'occurrence un faisceau électrique du véhicule. Dans le cas d'une machine à aimants permanents sans balais, le branchement du côté de la machine électrique s'effectue au niveau du stator. [0005] On connaît, dans l'état de la technique, une machine électrique dans laquelle la liaison électrique avec les éléments extérieurs est assurée par le sertissage des conducteurs de bobinage à fil multibrins souple relié à une broche d'un connecteur trois broches, chaque broche correspondant aux trois phases du bobinage. [0006] Ce sertissage est noyé dans une résine d'enrobage, le plus près possible des surfaces refroidies de la machine électrique, afin d'assurer un bon comportement thermique de l'ensemble. A l'autre extrémité du fil multibrins souple, il convient d'effectuer un deuxième sertissage, avec de fixer un contact du connecteur. - 2 - [0007] On constate ainsi que l'installation d'une machine électrique connectée de cette façon est relativement complexe. En effet, elle nécessite deux sertissages, chacun pour les trois phases du stator, ce qui signifie que six opérations de sertissage doivent être effectuées. [0008] Par ailleurs, une telle installation peut poser des problèmes de fiabilité en cas de démontage ultérieur de la machine. En effet, lors d'un démontage, soit on décide de laisser le fil multibrins en place, et dans ce cas il convient d'être très précautionneux pour éviter tout endommagement, soit on décide de désolidariser le fil multibrins du côté connecteur, auquel cas il faut procéder ultérieurement à une nouvelle opération de sertissage lors du remontage. [0009] L'objet de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de machine électrique permettant de remédier à ces inconvénients. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION [0010] Ainsi, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une machine électrique à aimants permanents, comportant les étapes suivantes : - on bobine des fils de cuivres autour des encoches d'un carter de manière à former un bobinage statorique, - on installe le bobinage dans le carter et on conforme les chinions - on fixe, sur chaque sortie de phase du bobinage statorique, un connecteur électrique, comportant une partie inférieure s'étendant dans l'axe de la machine électrique et supportant l'élément de fixation au bobinage, et une partie supérieure du connecteur présentant une surface de contact, les deux parties formant un angle sensiblement égal à 90°, l'élément de fixation et la surface de contact formant une unique pièce mécanique - on installe une protection isolante autour de chaque connecteur électrique, - on place chaque connecteur, muni de sa protection, dans un espace prévu à cet effet dans le carter, et - on dispose les fils formant sortie de phase entre le bobinage statorique et le carter. [0011] De manière plus précise, le bobinage statorique est formé de la façon suivante : le carter comprend un circuit magnétique percé axialement d'un canal cylindrique, entre deux faces terminales axiales, destiné à recevoir le rotor, des encoches dans le bloc de circuit magnétique à - 3 - l'intérieur desquelles sont logés des conducteurs d'enroulements repliés chacun à la sortie d'une encoche dans une face terminale pour passer à une encoche suivante, de façon à former un ensemble de bobines dans le stator. [0012] Ces bobines sont, par exemple, branchées dans un montage triphasé en étoile, avec un point commun étoile réalisé par la jonction conductrice des extrémités des branches de l'étoile, du côté de l'une des faces terminales axiales du circuit magnétique [0013] Dans le cas de la présente invention, le bobinage statorique comporte deux ou trois phases, chaque phase étant constituée par la mise en parallèle de X fils de cuivre, X représentant un nombre entier, par exemple égal à 3 pour un bobinage triphasé. Au cours de l'étape de bobinage il est utile, dans une réalisation préférentielle, de respecter un positionnement prédéfini des fils de cuivre de chaque phase sortant des encoches, ceci afin de faciliter la mise en place ultérieure des connecteurs électriques fixés sur chaque phase. [0014] Après cette étape de bobinage, la première opération consiste à fixer les trois fils de chaque phase sur un connecteur électrique. Dans une réalisation préférentielle, cette fixation est effectuée par une opération de sertissage. Le sertissage s'effectue, par exemple ; par deux empreintes sur chaque fil conducteur. En effet, on a constaté qu'une empreinte seule était insuffisante pour assurer une bonne solidité de l'ensemble, et à partir de trois empreintes, on risque de créer une déformation permanente et gênante sur la partie du connecteur électrique. [0015] De manière préférentielle encore, le sertissage est effectué en utilisant un outil comportant six poinçons, chaque poinçon présentant une surface d'appui non plane, et de préférence concave, formant un angle obtus. En effet, on a constaté que, lors d'un sertissage effectué avec un poinçon plat, la matière du connecteur électrique était chassée vers l'extérieur du poinçon, et ne créait donc pas de fixation autour des fils de cuivre, qui avaient alors tendance à sortir du contact. En revanche, la surface d'appui permet de garantir une conformation de la matière du connecteur électrique autour du profil circulaire de chaque fil de cuivre, et ainsi de renforcer la solidité de la fixation. [0016] Une fois les connecteurs électriques fixés sur chaque phase, on installe une protection isolante entourant chaque connecteur. Cette opération sera ultérieurement décrite à l'aide de figures. - 4 - [0017] L'installation des connecteurs, munis de leur protection isolante, dans le carter statorique est délicate, car elle nécessite de courber les fils de cuivre de chaque phase pour les disposer entre le bobinage et le carter. Afin de faciliter cette opération, on utilise, après de l'opération de bobinage, un élément de réservation, représentant sensiblement le même volume que celui des connecteurs électriques. On installe alors cet élément de réservation dans le carter avant l'étape de conformation des chinions, qui consiste en une manipulation d'écrasement du bobinage à l'intérieur du carter. Cet élément de réservation est ensuite retiré à l'issue de l'opération de conformation, laissant vacant un logement pour le positionnement ultérieur des connecteurs électriques. [0018] Par ailleurs, après installation des connecteurs électriques dans le carter, il est important de garantir un bon maintien en position. Pour ce faire, dans une réalisation avantageuse, la partie de la protection isolante destinée à être placée au contact du carter présentant le même rayon de courbure que le rayon de courbure interne du stator, ce qui garantit le positionnement radial du connecteur. [0019] Dans une réalisation préférentielle, l'invention comprend en outre l'étape d'enrober les bobinages et les chinions par une résine d'enrobage. Cette étape est, par exemple, réalisée en toute fin de procédé, après l'installation des connecteurs électriques. [0020] Dans ce cas, et afin d'éviter un déplacement des connecteurs pendant cette opération, l'outil d'imprégnation est relié aux connecteurs pas une vis, qui permet de garantir le positionnement angulaire, axial et radial des connecteurs. [0021] Par ailleurs, dans une réalisation avantageuse de l'invention, un procédé selon l'invention comprend l'étape ultime d'installer sur la carter un capot, relié à un faisceau électrique, et comportant autant de contacteurs que le nombre de connecteurs électriques installés sur le stator, de façon à ce que lors de l'installation, chaque contacteur du capot soit en contact avec une surface de contact d'un connecteur électrique. [0022] On précise ici que, par souci de clarification, on utilise dans la présente description deux termes différents, contacteur et connecteur, pour désigner des éléments distincts mais de même nature, à savoir des contacts, ou contacteurs électriques. [0023] Ainsi, un procédé de fabrication de machine électrique selon l'invention présente l'avantage de nécessiter une seule étape de fixation de connecteurs électriques sur les sorties de - 5 - phase. En effet, la deuxième étape de sertissage décrite dans l'état de la technique n'est plus nécessaire, puisque la connexion électrique de la machine est effectuée par une simple mise en contact d'un contacteur du capot avec une surface de mise en contact d'un connecteur électrique installé sur une sortie de phase du bobinage. [0024] Par ailleurs, cette connexion par simple mise en contact permet une meilleure adaptabilité du capot et de la machine électrique. Ainsi, il est possible de modifier l'un des éléments sans avoir à modifier l'autre, tant que la géométrie des points de contact reste la même. Une telle solution permet donc d'économiser des coûts en ne nécessitant pas de fabriquer spécifiquement des machines pour chaque application. [0025] Par ailleurs, une machine selon l'invention permet un démontage et un accès aisé aux différents éléments. Une telle caractéristique est particulièrement intéressante dans le cas où une machine électrique est installée sur une roue, car le passage de roue est un endroit particulièrement difficile d'accès. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0026] D'autres objectifs et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, illustré par les figures suivantes dans lesquelles : - la figure 1 montre une machine électrique fabriquée par un procédé selon l'invention, - les figures 2 à 4 montrent différentes vues d'un connecteur électrique utilisé dans un procédé selon l'invention, - la figure 5 montre un élément de réservation utilisé dans un procédé selon l'invention. 25 DESCRIPTION DU MEILLEUR MODE DE REALISATION DE L'INVENTION [0027] Ainsi que précédemment indiqué, la présente invention concerne le procédé de fabrication d'une machine électrique dont un exemple est montré en figure 1. - 6 - [0028] Une telle machine électrique comprend un carter 1, qui abrite un bobinage statorique 2 à trois phases, chaque phase étant reliée à un connecteur électrique, respectivement 3a, 3b, 3c. [0029] Un exemple de connecteur électrique est montré en figures 2 à 4. Un connecteur électrique comprend une partie supérieure 10 comprenant une surface de contact 11, et une partie inférieure 12 destinée à recevoir les X fils de cuivre 13, X représentant un nombre entier, par exemple égal à 3. On constate que les parties 10 et 12 forment un angle sensiblement égal à 90°C, et constituent une unique pièce métallique. [0030] Dans un procédé selon l'invention, après sertissage des fils 13, une protection isolante est installée sur le connecteur. Cette protection comprend une enveloppe 14, couvrant l'ensemble du connecteur à l'exception de la surface de contact, et de l'arrière du connecteur. Par « arrière », on entend ici la face de la partie 12 destinée à être en contact avec le carter du stator lors de l'installation des connecteurs dans le carter, ainsi que montré en figure 1. [0031] La protection comprend également une plaquette isolante 15 clipsée à l'arrière de l'enveloppe, de manière à isoler complètement le connecteur, à l'exception de la surface de contact qui doit rester libre. En effet, le connecteur est réalisé en cuivre électrolytique, qui est un matériau conducteur. [0032] L'utilisation d'une telle protection isolante permet de garantir l'intégrité du connecteur lors de la mise en fonctionnement de la machine électrique, et permet également de faciliter la fabrication de la machine, puisque cette protection diminue les risques de mise en contact du bobinage et d'une partie conductrice du connecteur lors de la fabrication. [0033] Cette protection isolante, comprenant l'enveloppe 14 et la plaquette arrière 15 est réalisé en un matériau plastique résistant à la haute température, par exemple du polyétheréthercétone, souvent désigné par l'acronyme PEEK. [0034] Par ailleurs, la plaquette arrière 15 est, préférentiellement non plane. En effet, elle présente avantageusement un rayon de courbure égal au rayon de courbure interne du carter 1, afin de permettre un bon positionnement radial lors de l'installation. [0035] En outre, un dégagement 16 peut être pratiqué sur un bord de la partie 12 du connecteur électrique, afin de permettre l'implantation d'un gainage de protection des fils, qui soit situé à l'intérieur de la protection isolante 14, 15 après son installation. - 7 - [0036] La figure 5 montre un élément de réservation 20 destiné à être inséré dans le carter 1, avant conformation des chinions, pour réserver la place destinée à recevoir les connecteurs électrique 3a, 3b, 3c lors de leur installation, ainsi que montré en figure 1. [0037] Cet élément de réservation 20 présente une face externe 21 circulaire, dont le rayon de courbure est égal au rayon de courbure interne du stator, pour permettre un positionnement correct pendant l'opération de conformation. [0038] Cet élément de réservation comprend également des volumes 22, correspondant exactement aux volumes des parties inférieures 12 des connecteurs électriques, entourées de leurs protections isolantes. Dans l'exemple montré ici, l'élément 20 comprend trois volumes, pour permettre l'installation ultérieure de trois connecteurs dans le cas d'un moteur triphasé, mais cet exemple ne limite pas l'utilisation d'un élément comprenant deux volumes, dans le cas d'un moteur biphasé. [0039] L'élément de réservation 20 est, par exemple, constitué d'un matériau plastique, non nécessairement résistant aux autres températures, par exemple du polyoxyméthylène, souvent désigné par l'acronyme POM. En effet, l'élément de réservation n'est utilisé que lors de la phase de conformation, qui est réalisé à froid, et il est ensuite retiré avant l'opération d'enrobage. [0040] Les Figures et leurs descriptions faites ci-dessus illustrent l'invention plutôt qu'elles ne la limitent. En particulier, l'invention et ses différentes variantes viennent d'être décrites en relation avec un exemple particulier comportant trois bandes circonférentielles. [0041] Néanmoins, il est évident pour un homme du métier que l'invention peut être étendue à d'autres modes de réalisation dans lesquels en variantes, on prévoit un nombre différent de bandes. [0042] Les signes de références dans les revendications n'ont aucun caractère limitatif Les verbes "comprendre" et "comporter" n'excluent pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans les revendications. Le mot "un" précédant un élément n'exclue pas la présence d'une pluralité de tels éléments.30 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une machine électrique à aimants permanents, comportant les étapes suivantes : - on bobine des fils de cuivre autour des encoches d'un carter de manière à former un bobinage statorique, on installe le bobinage (2) dans le carter (1) et on conforme les chinions on fixe, sur chaque sortie de phase du bobinage statorique, un connecteur électrique (3), comportant une partie inférieure s'étendant dans l'axe de la machine électrique et supportant l'élément de fixation au bobinage, et une partie supérieure du connecteur présentant une surface de contact, les deux parties formant un angle sensiblement égal à 90°, l'élément de fixation et la surface de contact formant une unique pièce mécanique - on installe une protection isolante autour de chaque connecteur électrique, on place chaque connecteur (3), muni de sa protection, dans un espace prévu à cet effet dans le carter (1), et - on dispose les fils formant sortie de phase entre le bobinage statorique et le carter. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : avant l'étape de conformation des chinions, on insère un élément de réservation (20) destiné à maintenir, lors de la manipulation de conformation, l'espace destiné à recevoir les connecteurs électriques (3a, 3b, 3c), - après l'étape de conformation, on retire l'élément de réservation (20). 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel l'élément de réservation (20) est en un matériau plastique. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'opération d'installation d'une protection isolante comprend l'installation d'une enveloppe (14) laissant l'arrière du connecteur apparent, et la fermeture par installation d'une plaquette (15) clipsée à l'arrière de l'enveloppe. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant l'étape finale d'enrober les bobinages (2) et les chinions par une résine d'enrobage.- 9 - 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fixation d'un connecteur électrique (3) consiste à insérer les fils de cuivre formant une phase statorique dans la partie inférieure du connecteur électrique, et à effectuer une opération de sertissage. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant l'étape ultime d'installer sur la carter un capot, relié à un faisceau électrique, et comportant autant de contacteurs que le nombre de connecteurs électriques (2) installés sur le stator, de façon à ce que lors de l'installation, chaque contacteur du capot soit en contact avec une surface de contact d'un 10 connecteur électrique.