Brevet FR3081631A1 — publié le 20191129

I PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN STATOR BOBINÉ DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE La présente invention porte sur un procédé de fabrication d'un stator bobiné de machine électrique tournante. La machine électrique tournante est en particulier un alternateur ou un alterno-démarreur ou une machine réversible ou un moteur électrique de véhicule automobile. Selon une configuration classique, les bobinages de stator de machine électrique tournante de véhicule automobile sont réalisés en utilisant des segments conducteurs de bobinage en forme de U préformés. Ces segments sont insérés dans des encoches ménagées dans un corps du stator, de sorte que les zones d'extrémité libre des segments conducteurs s'étendent en saillie au-delà de ce dernier. Les segments sont ensuite soudés deux à deux pour former des enroulements continus autour du corps. Suivant cette technique décrite par exemple dans le document EP1043828, les segments conducteurs sont généralement soudés en utilisant un soudage de type à l'arc, par exemple de type TIG par création d'une décharge entre une électrode et les zones d'extrémité libres respectives des segments. Il s'agit donc d'un soudage électrique par des électrons. Comme cela est décrit dans le document EP1081830, les extrémités de connexion des segments sont soudées, de sorte que l'arc de soudage forme des cordons de soudage. Ces cordons de soudage sont entrainés dans une direction circonférentielle afin de bomber suivant cette direction circonférentielle. Toutefois, une telle technique de soudage peut engendrer des problèmes de robustesse des liaisons soudées ainsi obtenues. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de fabrication d'un stator de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, ledit stator étant muni d'un corps et d'un bobinage ayant une pluralité de segments conducteurs. Selon l'invention, le procédé comprend une étape d'insertion des segments conducteurs à l'intérieur d'encoches ménagées dans le corps de stator, 2 chaque segment conducteur comportant au moins une extrémité de connexion et une étape de soudage de l'extrémité de connexion d'un segment conducteur à l'extrémité de connexion adjacente d'un autre segment conducteur. En outre selon l'invention, l'étape de soudage est mise 5 en oeuvre par génération d'un faisceau de photons, de sorte que le faisceau de photons forme un cordon de soudage entre deux extrémités de connexion adjacentes et que le cordon de soudage soit bombé dans deux directions circonférentielles opposées l'une par rapport à l'autre. Il s'agit donc d'une soudure de type laser qui est différente d'une 10 soudure électrique ou TIG. L'invention permet, grâce au type de soudure utilisé ainsi qu'à la géométrie des cordons de soudage, d'augmenter la robustesse des soudures entre les extrémités de connexion du bobinage. L'invention présente également un caractère économique, dans la mesure où elle est applicable à des lignes de production à fortes cadences puisque 15 cette méthode de soudure est très rapide. Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte une étape préalable de dénudage des extrémités de connexion des segments conducteurs. Selon une mise en oeuvre, l'étape de dénudage comporte une étape 20 de brûlage d'une couche d'émail recouvrant les extrémités de connexion des segments conducteurs et une étape de nettoyage des extrémités de connexion des segments conducteurs. Selon une mise en oeuvre, l'étape de brûlage est effectuée à l'aide d'un laser à dioxyde de carbone. 25 Selon une mise en oeuvre, l'étape de nettoyage est effectuée à l'aide d'un laser de type YAG. Selon une mise en oeuvre, l'étape de soudage est effectuée par deux faisceaux de photons émis simultanément chacun sur une des extrémités de connexion à souder. 30 Selon une réalisation, les deux faisceaux s'étendent chacun dans une direction parallèle l'une avec l'autre. 3 Selon une réalisation, chaque faisceau provient d'une source laser, les sources étant disposées à une même distance et un même angle d'inclinaison des extrémités de connexion à souder. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un stator de machine 5 électrique tournante, notamment pour véhicule automobile. Le stator comporte un corps muni d'une pluralité d'encoches, un bobinage comportant une pluralité de segments conducteurs insérés dans des encoches du corps de stator, chaque segment conducteur comportant au moins une extrémité de connexion connectée électriquement via un cordon de soudage à une 10 extrémité de connexion adjacente d'un autre segment conducteur. Selon l'invention, le cordon de soudage présente une forme bombée suivant deux directions circonférentielles opposées l'une par rapport à l'autre. Selon une réalisation, la forme bombée du cordon de soudage présente une dissymétrie par rapport à un axe des extrémités de connexion. 15 Selon une réalisation, le cordon de soudage présente une forme oblongue. Selon une réalisation, une longueur radiale du cordon de soudage est sensiblement égale à deux fois une largeur circonférentielle dudit cordon. Cela permet d'obtenir un cordon de soudure plus résistant. 20 Selon une réalisation, une longueur radiale du cordon de soudage est sensiblement égale à une longueur radiale d'une extrémité de connexion d'un desdits segments conducteurs. Cela permet d'obtenir une meilleure fixation des deux segments conducteurs l'un avec l'autre. Selon une réalisation, une largeur circonférentielle d'une extrémité de 25 connexion d'un des segments conducteurs est sensiblement égale à une largueur circonférentielle de l'extrémité de connexion adjacente avec laquelle elle est soudée. Selon une réalisation, une hauteur axiale du cordon de soudage est supérieure ou égale à la moitié de la longueur radiale dudit cordon. 30 Selon une réalisation, le stator comporte un nombre pair de segments 4 conducteur par encoche et notamment 2, 4, 6, 8 ou 10 segments conducteurs par encoche. Cependant l'invention peut s'appliquer quelque soit le nombre de conducteurs par encoches. Selon une réalisation, les extrémités de connexion sont situées d'un 5 seul côté du stator. Alternativement, les extrémités de connexion sont situées des deux côtés du stator. Selon une réalisation, chaque segment conducteur présente une section transversale rectangulaire. Selon une réalisation, les extrémités de connexion des segments 10 conducteurs sont chanfreinées. Ces chanfreins permettent d'introduire aisément les segments conducteurs dans les encoches. Les chanfreins favorisent en outre le soudage car cela permet de mieux localiser la chaleur. Par exemple, les chanfreins forme un angle par rapport à l'axe d'extension des extrémités de connexion compris entre 40° et 55°. 15 L'invention a également pour objet une machine électrique tournante comportant un tel stator. Cette machine électrique tournante peut former un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou encore un moteur électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit 20 et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue de dessus d'un exemple d'une portion de stator de machine électrique tournante pourvu d'un bobinage réalisé conformément à l'invention. Les figures 2a et 2b sont respectivement des 25 vues en coupe transversale et axiale d'une portion du stator de la figure 1. Les figures 3a, 3b, 3c, et 3d sont respectivement des vues en perspective, de face, de dessus et de côté d'un cordon de soudure entre deux segments conducteurs du bobinage de la figure 1. La figure 4 est un diagramme des étapes du procédé de fabrication d'un stator bobiné selon la présente 30 invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 5 La figure 1 montre un stator bobiné 10 pour machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile. Ce stator bobiné 10 comporte un corps 11 portant un bobinage 12, dit de type à épingles, constitué d'un assemblage de segments 13 électriquement conducteurs. 5 Le corps 11 est réalisé à partir de feuilles de tôles empilées axialement les unes sur les autres pour limiter les courants de Foucault. Le corps de stator 11 est pourvu d'encoches 16 régulièrement réparties suivant la périphérie interne du corps 11 et dans chacune desquelles s'insère au moins un segment conducteur 13. 10 De préférence, comme on peut le voir sur la figure 2a, un isolant électrique 17, par exemple à base de mica, est interposé entre les segments 13 et les bords des encoches 16. Les encoches 16 sont ici du type semifermées et débouchent à la périphérie interne du corps 11 via une ouverture de largeur inférieure à celle des encoches 16. En variante les encoches 16 15 peuvent être du type fermé ou ouverte. Par exemple comme visible sur la figure 2b, chaque segment conducteur 13 a une forme générale de U dont la base 18 s'étend en saillie à partir de l'une des faces d'extrémité axiale du corps 11 et dont les branches 19a, 19b s'insèrent chacune dans une encoche 16 respective, de sorte que 20 leurs extrémités libres de connexion 21 s'étendent en saillie au-delà de l'autre face d'extrémité du corps 11. Les portions des segments 13 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator 11 sont appelées chignons de bobinage. Comme cela est visible sur la figure 2a, chaque segment conducteur 25 13 a une section en coupe transversale de forme généralement rectangulaire et est revêtu d'une couche électriquement isolante pour que les segments 13 soient isolés électriquement les uns des autres dans les encoches 16. En variante, les segments 13 pourront présenter une section de forme carrée ou ronde. Dans un exemple de réalisation, les segments conducteurs 13 sont 30 réalisés à partir d'un fil de cuivre électriquement conducteur revêtu d'une couche électriquement isolante d'émail. Plus précisément, deux branches 19a, 19b d'un même segment 6 conducteur 13, formant un premier conducteur, sont insérées dans une première encoche et une deuxième encoche distantes l'une de l'autre d'un nombre d'encoches prédéterminé. Un deuxième conducteur qui comporte également deux branches 19a, 19b présente une de ses branches insérée 5 dans la même encoche que l'une des branches du premier conducteur, c'est-à-dire la première ou la deuxième encoche, et l'autre de ses branches insérée dans une troisième encoche distante de la première ou de la deuxième encoche, notamment, dudit nombre d'encoche prédéterminé. Ainsi chaque encoche comporte plusieurs branches alignées radialement et 10 formant différentes couches. Par exemple, la figure 2a montre une encoche comportant quatre couches de segment conducteur 13. Par exemple, les deux branches d'un même segment conducteur sont disposées dans des couches différentes. Pour terminer le bobinage, les extrémités libres des branches adjacentes sont soudées ensemble deux à deux. 15 On décrit ci-après, en référence avec la figure 4, le procédé de fabrication d'un stator 10 bobiné selon la présente invention. Dans une étape 101, l'une des branches 19a de chaque segment 13 vient s'insérer dans une portion radialement interne d'une encoche 16 respective, l'autre branche 19b venant s'insérer dans une portion radialement 20 externe d'une autre encoche 16 respective pour formation radialement d'au moins deux couches de conducteurs. En l'occurrence, le montage est réalisé par enfilage axial des branches 19a, 19b dans les encoches 16. En variante, le montage peut être réalisé par enfilage radial desdites branches 19a, 19b dans des encoches 25 16. On peut notamment transformer les encoches ouvertes en encoches 16 semi-fermées après la mise en place des segments conducteurs 13 par exemple par rabattement de matière, comme décrit dans le document FR631056. Comme on le voit sur la figure 1, après montage de l'ensemble des 30 segments conducteurs 13 du stator 10, toutes les encoches 16 sont pourvues de branches 19a, 19b de segments conducteurs 13. Dans l'exemple de réalisation, le stator 10 est agencé de manière à 7 être pourvu, pour chaque encoche 16, de quatre branches 19a, 19b de segments conducteurs 13 formant à l'extérieur du corps 11 deux paires d'extrémités de connexion 21 notamment écartées l'une de l'autre en vue d'être soudées. Plus généralement, l'invention s'applique à un stator 10 5 ayant un nombre quelconque de segments 13 par encoches 16. De préférence, le nombre de segments 13 par encoche vaut 2, 4, 6, 8 ou 10. Comme on peut le voir sur l'exemple des figures 3a et 3b, les extrémités de connexion 21 des segments 13 présentent chacune des chanfreins 24 d'angle compris entre 40° et 55° et valant de préférence 45 10 degrés. Postérieurement à l'étape de montage 101 des segments conducteurs 13 dans les encoches 16 du corps 11, on procède à une étape de vrillage 102 des extrémités libres des segments conducteurs 13. Par exemple pour deux couches adjacentes de conducteurs, il est possible de plier les 15 extrémités libres des segments conducteurs 13 situés en position radialement externe dans le sens horaire, en considérant le sens de rotation du rotor, et les extrémités libres des segment conducteurs 13 en position radialement interne dans le sens anti-horaire. Après avoir réalisé ce montage et cette étape de vrillage 102, on 20 procède à une étape de dénudage 103 des extrémités de connexion 21 des segments conducteurs 13. Alternativement, cette étape de dénudage 103 peut être réalisée lors de la formation des conducteurs donc avant l'étape de montage 101. L'étape de dénudage 103 comporte par exemple une étape de brûlage 25 104 de la couche d'émail recouvrant les extrémités de connexion 21 des segments 13 et une étape de nettoyage 105 des extrémités de connexion 21 des segments 13. Avantageusement, l'étape de brûlage 104 de l'émail est effectuée à l'aide d'un laser à dioxyde de carbone et l'étape de nettoyage 105 est 30 effectuée à l'aide d'un laser de type YAG (Grenat d'Yttrium-Aluminium). Pour la réalisation d'un bobinage 12 continu le long de la périphérie du 8 corps 11, les extrémités de connexion 21 adjacentes des segments conducteurs 13 sont soudées l'une à l'autre à l'aide d'un moyen d'un laser apte à générer un faisceau de photons dans une étape 106. A cet effet, le stator 10 est entraîné en rotation de manière à présenter 5 successivement des paires de deux extrémités de connexion 21 à souder en regard du moyen de soudage utilisé. Les extrémités de connexion 21 peuvent être entrainées dans l'une ou l'autre des directions circonférentielles D1, D2 par rapport au faisceau de photons. Alternativement, le moyen de soudage peut être déplacé et le stator rester immobile. 10 L'étape de soudage est effectuée par deux faisceaux de photons F1, F2 émis chacun sur une des extrémités de connexion adjacente à souder ensemble. Les faisceaux sont émis en même temps et sur une même durée. Par exemple, les faisceaux émis sont identiques, c'est-à-dire qu'ils présentent la même puissance. 15 Les deux faisceaux F1, F2 s'étendent chacun dans une direction, les deux directions étant parallèles l'une avec l'autre. De préférence, ces directions sont également parallèles avec la direction d'extension des extrémités de connexion, notamment cette direction est parallèle à l'axe de la machine. Chaque faisceau F1, F2 provient d'une source laser (non 20 représentée). Les sources sont disposées à une même distance et un même angle d'inclinaison des extrémités de connexion à souder. De préférence, cet angle d'inclinaison est nul. A la fin de l'opération de soudage, les cordons de soudage 28 assurent les liaisons électriques entre deux extrémités de connexion 21 25 adjacentes, tel que montré sur les figures 3a, 3b, 3c, et 3d. Chaque cordon de soudage 28 pénètre dans une fenêtre 29 de forme globalement rectangulaire s'étendant entre les chanfreins 24. La profondeur de la pénétration du cordon de soudage 28 peut être adaptée en fonction de l'application. 30 Comme cela est montré sur la figure 3c notamment, les cordons de soudage 28 obtenus présentent chacun une forme bombée suivant deux directions circonférentielles D1, D2 opposées l'une par rapport à l'autre. La 9 forme bombée du cordon de soudage 28 peut présenter une dissymétrie par rapport à un axe des extrémités de connexion 21. Par exemple, le cordon de soudage 28 présente une forme oblongue dont la section circonférentielle forme une ellipse. 5 Une longueur radiale L1 du cordon de soudage 28 est sensiblement égale à deux fois une largeur circonférentielle L2. De plus, la longueur radiale L1 est sensiblement égale à une longueur radiale L3 d'une extrémité de connexion 21 d'un desdits segment conducteur 13. Le cordon de soudage 28 étant centré par rapport aux deux extrémités de connexion 21, il s'étend 10 donc sensiblement sur la moitié de chaque extrémité de connexion 21. Une hauteur axiale H1 du cordon de soudage 28 est supérieure ou égale à la moitié de la longueur radiale L1 dudit cordon. Par exemple, la hauteur axiale H1 est également supérieure ou égale à la longueur radiale L3 d'une extrémité de connexion 21. 15 Dans l'exemple de réalisation représenté, toutes les extrémités de connexion 21 des segments conducteurs 13 se trouvent d'un même côté du stator 10. En variante, les extrémités de connexion 21 des segments 13 pourront être situées des deux côtés du stator 10, les segments 13 étant alors insérés axialement dans les encoches 16 suivant deux côtés opposés 20 du corps de stator 11. Dans une autre variante, les segments conducteurs 13 comportent chacun une seule branche 19a, 19b. Les extrémités de connexion 21 des segments conducteurs 13 se trouvent alors des deux côtés du corps de stator. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre 25 d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les 30 autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un stator (10) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, ledit stator (10) étant muni d'un corps (11) et d'un bobinage (12) ayant une pluralité de segments conducteurs (13), ledit procédé comprenant : - une étape (101) d'insertion des segments conducteurs (13) à l'intérieur d'encoches (16) ménagées dans le corps de stator (11), chaque segment conducteur comportant au moins une extrémité de connexion (21), - une étape de soudage (106) de l'extrémité de connexion (21) d'un segment conducteur (13) à l'extrémité de connexion (21) adjacente d'un autre segment conducteur (13), et le procédé étant caractérisé en ce que ladite étape de soudage (106) est mise en oeuvre par génération d'un faisceau de photons, de sorte que le faisceau de photons forme un cordon de soudage (28) entre deux extrémités de connexion (21) adjacentes et que le cordon de soudage soit bombé dans deux directions circonférentielles (Dl, D2) opposées l'une par rapport à l'autre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte 20 une étape préalable de dénudage (103) des extrémités de connexion (21) des segments conducteurs (13). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de dénudage (103) comporte une étape de brûlage (104) d'une couche d'émail recouvrant les extrémités de connexion (21) des segments conducteurs (13) 25 et une étape de nettoyage (105) des extrémités de connexion (21) des segments conducteurs (13). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de soudage (106) est effectuée par deux faisceaux de photons émis simultanément chacun sur une des extrémités de 30 connexion (21) à souder. 11 5. Stator (10) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant : - un corps (11) muni d'une pluralité d'encoches (16), - un bobinage (12) comportant une pluralité de segments conducteurs 5 (13) insérés dans des encoches (16) du corps de stator (11), chaque segment conducteur (13) comportant au moins une extrémité de connexion (21) connectée électriquement via un cordon de soudage (28) à une extrémité de connexion (21) adjacente d'un autre segment conducteur, caractérisé en ce que le cordon de soudage (28) présente une forme 10 bombée suivant deux directions circonférentielles (D1, D2) opposées l'une par rapport à l'autre. 6. Stator selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cordon de soudage (28) présente une forme oblongue. 7. Stator selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'une 15 longueur radiale (L1) du cordon de soudage (28) est sensiblement égale à deux fois une largeur circonférentielle (L2) dudit cordon. 8. Stator selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'une longueur radiale (L1) du cordon de soudage (28) est sensiblement égale à une longueur radiale (L3) d'une extrémité de connexion (21) d'un desdits segments conducteurs (13). 9. Stator selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que les extrémités de connexion (21) des segments conducteurs sont chanfreinées. 10. Machine électrique tournante notamment pour véhicule automobile comportant un stator selon l'une quelconque des revendications 5 à 9.