Brevet FR3081267A1 — publié le 20191122

Description Titre de l'invention : Procédé de réalisation d'enroulements de stator de machine électrique et stator obtenu Domaine de l'invention [0001] La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d'enroulements de stator de machine électrique et le stator obtenu. Etat de la technique [0002] On connaît des stators de machine électrique comportant plusieurs enroulements répartis à leur périphérie et qui sont alimentés à travers un circuit de commutation, frontal. Les enroulements sont habituellement bobinés à l'aide d'une broche d'enroulement ou d'une cavité d'enroulement sur les dents du stator. La buse de bobinage se déplace à cet effet à l'intérieur du stator autour de chaque dent de support pour leur alimentation. Les extrémités du fil de l'enroulement sont reliées par des éléments de contact côté frontal. [0003] Exposé et avantages de l'invention [0004] La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'enroulements de stator de machine électrique selon lequel on enroule en continu au moins un fil de bobinage selon un procédé de bobinage ininterrompu à l'aide d'une buse de bobinage sur deux dents de support du stator, selon lequel on enroule tout d'abord le fil de bobinage sur un premier côté du stator à travers une première pièce de fixation puis sur une première dent de support et ensuite sur la face opposée du stator, on le fait passer à travers une seconde pièce de fixation puis on l'enroule sur la seconde dent de support et ensuite on revient à la première pièce de fixation. [0005] Le procédé selon l'invention permet de réaliser les enroulements sur les dents de support d'un stator. Les enroulements sont bobinés sur les dents de support à l'aide d'une aiguille de bobinage ou d'une buse de bobinage ; la pointe de la buse émet au cours du procédé de bobinage, le fil de bobinage et le cas échéant un faisceau de fils de bobinage guidés par la buse de bobinage autour de la dent de support du stator. [0006] Selon le procédé de l'invention, par un bobinage continu et ininterrompu on réalise successivement le bobinage de deux dents de support du stator. Pour cela, on guide le fil de bobinage sortant de la buse de bobinage sur une première face frontale du stator, à travers une première pièce de fixation et ensuite on enroule sur la première dent de support. Une fois que la première dent de support est complètement bobinée, on guide le fil de bobinage sur le côté opposé du stator le long d'une seconde pièce de fixation et ensuite on le conduit vers la première dent de support qui a reçu l'enroulement avec le fil de bobinage. A la fin de l'opération de bobinage de la seconde dent de support, 2 on guide le fil de bobinage de la buse de nouveau vers la première pièce de fixation. [0007] Cette opération a l'avantage de permettre la réalisation d'un enroulement sans croisement des dents de support. L'enroulement autour des dents de support se fait par paires et le fil de bobinage est guidé le long de la première et de la seconde pièce de fixation prévues sur les faces frontales opposées du stator et on maintient le fil et notamment on le relie fermement à la pièce de fixation respective. La première pièce de fixation sert alors à recevoir le début du fil de bobinage ainsi que son extrémité qui est axialement en face ; la seconde pièce de fixation reçoit le fil de fixation à la périphérie de la première et de la seconde dent de support, le maintient et bloque le fil de bobinage. Dans la zone des deux pièces de fixation axialement opposées, le fil de bobinage passe sans croisement et il reste maintenu. De plus, la première pièce de fixation qui reçoit le premier début d'enroulement avant d'enrouler la première dent de support ainsi que l'extrémité du fil d'enroulement qui reçoit après l'enroulement de la seconde dent de support, sont électro-conducteurs et alimentent des deux enroulements. La première pièce de fixation s'appuie sur les faces frontales opposées du stator. [0008] De façon avantageuse, on effectue le bobinage au moins deux fois autour de chaque fois deux dents de support. En exécutant le bobinage deux fois, on obtient ainsi globalement quatre enroulements, c'est-à-dire chaque fois un enroulement sur une dent de support du stator. Mais il est également possible de réaliser six ou huit enroulements ou un nombre quelconque d'enroulements résultant de cette multiplicité. En particulier, on réalise successivement toujours deux enroulements par opération de bobinage et ces deux opérations se suivent. [0009] Au cours d'un procédé de bobinage, le fil de bobinage peut être bobiné seulement sur une couche ou sur plusieurs couches successives sur chaque dent de support. Dans chaque cas, il est avantageux de bobiner plusieurs enroulements distincts, parallèles les uns aux autres pour chaque dent de support. A la fin du bobinage de la première dent, on applique par la seconde pièce de fixation vers la seconde dent de support parallèle et on réalise le bobinage de cette dent de support. Les bobinages de la première et de la seconde dents de support se font notamment de la même manière. [0010] Il peut être avantageux de dévider par la buse de bobinage plusieurs fils de bobinage parallèles sous la forme d'un faisceau de fils de bobinage, sortant en même temps et qui sont bobinés au cours de cette opération de bobinage, en continu et de façon ininterrompue, sur les deux dents de support qui sont en parallèle. Cette procédure a l'avantage de ne pas appliquer un seul fil de bobinage, mais simultanément plusieurs fils de bobinage par un simple bobinage sur chaque dent de support. Il est, par exemple, avantageux d'appliquer, en même temps, huit fils de bobinage, simultanément, à l'aide de la buse de bobinage sur les dents de support. 3 [0011] Selon un autre développement avantageux, les pièces de fixation sont des pièces de fixation par serrage dans lesquelles on serre le fil de bobinage. Le serrage du fil de bobinage dans les pièces de fixation se fait notamment seulement à la fin de l'opération de bobinage effectuée par la buse de bobinage. Le serrage se fait avantageusement de manière mécanique recourbant la patte ou le crochet faisant partie de la pièce de liaison par serrage pour serrer le fil de bobinage ou les fils de bobinage avec la patte ou le crochet. Cette procédure a l'avantage que, pendant l'opération de bobinage, le fil ou les fils de bobinage sont guidés par la buse de bobinage autour des crochets ou de la patte et ce n'est qu'à la fin du bobinage que l'on fait le serrage. [0012] Selon un autre développement avantageux, après avoir terminé le bobinage du fil, on le soude à la pièce de fixation. Cette soudure constitue une liaison mécanique conductrice électrique, avec la pièce de fixation. En soudant on enlève en outre la couche d'isolant du fil de bobinage par oxydation thermique, ce qui permet de relier électriquement plusieurs fils de bobinage en parallèle ainsi qu'avec la pièce de fixation. De façon avantageuse, en soudant, on effectue tout d'abord une oxydation thermique pour dénuder le fil de bobinage et ensuite par un chauffage à coeur du fil de bobinage on le relie à la pièce de fixation et le cas échéant on le relie aux fils de bobinage parallèles. [0013] Le soudage du fil de bobinage à la pièce de fixation se fait de préférence après avoir fixé mécaniquement le fil de bobinage dans la pièce de fixation, ce qui se fait comme décrit ci-dessus, par exemple, en repliant un crochet ou une patte formant la pièce de fixation. [0014] L'invention a également pour objet un stator de machine électrique ayant des en- roulements réalisés selon le procédé décrit ci-dessus. Il s'agit à la fois de stators de machines à rotor intérieur et aussi de machines à rotor extérieur. La machine électrique est, par exemple, le démarreur d'un moteur à combustion interne ou le démarreur-générateur pour démarrer un moteur à combustion interne et générer du courant. La machine électrique est, par exemple, une machine série. [0015] Selon un développement avantageux, le rapport entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur libre du boîtier polaire du stator est au maximum égal à 1,5. Cela signifie également que le bobinage des dents de support se fait avec une extension radiale relativement faible. Le rapport entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur concerne notamment une machine à rotor intérieur. [0016] Globalement, le procédé de bobinage d'un stator selon l'invention offre différents avantages. Le stator peut être bobiné d'une manière totalement automatique par un bobinage enchaîné et les extrémités des fils de bobinage peuvent être pressées d'une manière totalement automatisée dans les pièces de fixation puis être soudées. Chaque pièce de fixation peut recevoir plusieurs fils de bobinage en parallèle et qui sont placés 4 simultanément par la buse de bobinage qui les dépose simultanément et sans croisement. L'opération de soudage permet de réchauffer de manière homogène les fils de bobinage en parallèle, notamment en faisant passer un courant qui traverse des branches latérales des crochets ou des pattes de la pièce de fixation. Le réchauffement homogène se traduit par l'enlèvement de l'isolant des extrémités des fils de bobinage (dénudage) et produit la soudure des fils entre eux ainsi qu'à la pièce de fixation de sorte que chaque fil de bobinage distinct est relié par une liaison électro-conductrice à la pièce de fixation. [0017] La pièce de fixation fait, par exemple, partie d'un élément de contact tel qu'une bague de contact, un rail de contact ou une plaque de commutation à la face frontale du stator. On peut avoir plusieurs pièces de fixation, notamment deux pièces de fixation faisant partie de l'élément de contact. Les pièces de fixation peuvent être réalisées en une seule partie avec l'élément de contact de sorte qu'à l'état installé, le contact de la masse électrique est réalisé avec une pièce côté boîtier, par exemple, le palier du rotor ou le contact électrique d'un balai. [0018] Pour appliquer le schéma de bobinage, il suffit d'un nombre relativement réduit de , pièces. [0019] Les crochets ou les pattes des pièces de fixation peuvent s'appuyer dans des encoches d'un paquet de lamelles sans que cela ne détériore le flux magnétique dans le paquet de lamelles. Ainsi, il n'est plus nécessaire de faire passer un tube électrique dans le boîtier. [0020] La pièce de fixation recevant les extrémités du fil de bobinage peut avoir des pattes repliées s'appuyant contre le boîtier polaire ou le paquet de lamelles. En particulier, au cours de l'opération de bobinage, la pièce de fixation est soumise à des efforts relativement important passant au moins en partie par les pattes dans le stator. Cela réduit les efforts agissant sur la face frontale de la bague de contact. Brève description des dessins [0021] La présente invention sera décrite ci-après, de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : [0022] [fig.1] est une vue en perspective d'un stator de machine électrique sous la forme d'une machine à rotor intérieur ayant en tout, quatre enroulements répartis de manière périphérique, chacun sur une dent de support. [0023] [fig.21 montre un détail agrandi de la zone de la face frontale du stator avec la pièce de liaison par serrage pour recevoir les extrémités des fils de bobinage de deux enroulements en parallèle, [0024] [fig.31 est une vue schématique de la face frontale opposée du stator avec une buse de bobinage pour appliquer un fil d'enroulement, [0025] [fig.41 est une représentation de détail d'une pièce de fixation côté frontal d'une bague de contact pour recevoir et fixer des fils de bobinage, [0026] [fig.51 est une autre vue de la pièce de fixation des figures 3 et 4 et, [0027] [fig.61 est une vue de dessus du stator non bobiné et sans enrobage. [0028] Dans les figures, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. [0029] DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION [0030] La figure 1 montre le stator 1 d'une machine électrique en forme de moteur à rotor intérieur. Le stator 1 comporte un paquet de lamelles 2 ; ce paquet est composé d'un grand nombre de lamelles empilées, de préférence en tôle. Dans le volume intérieur du paquet de lamelles 2 on a quatre dents de support 3, réparties régulièrement en périphérie et qui font partie du paquet de lamelles ; ces dents de support ont reçu chacune un enroulement 4 de fils de bobinage. Chaque fois deux dents voisines de support 3 sont bobinées par une opération de bobinage faite en continu, non interrompu, avec du fil de bobinage pour réaliser l'enroulement 4. Ainsi, les quatre dents de support 3 du stator 1 sont bobinées au cours de deux opérations de bobinage par enroulement. [0031] Deux dents de support 3, voisines avec les enroulements 4 qu'elles portent et qui sont réalisés par un procédé de bobinage en commun, ont une première pièce de fixation 5 sur une face frontale du stator 1 ainsi qu'une seconde pièce de fixation 6 sur l'autre face frontale, opposée, du stator. La première pièce de fixation 5 et la seconde pièce de fixation 6 sont au même niveau dans la direction périphérique et ainsi axialement elles sont directement en regard des deux faces frontales du stator. Les deux pièces de fixation 5, 6 sont situées dans la direction périphérique entre chaque fois deux enroulements voisins 4 réalisés par une opération de bobinage, commune. Les pièces de fixation 5 et 6 sont réalisées chacune comme pièce de fixation en forme de pince permettant de serrer le fil des bobinages 4 et le bloquer. Ainsi, sur chaque face frontale du stator, dans une position diamétralement opposée on a chaque fois deux pièces de fixation 5 ou 6. [0032] Selon la figure 1 en liaison avec la vue de détail agrandie de la figure 2, les ex- trémités 7a (entrée) et 7b (sortie) du fil de bobinage des deux enroulements 4 sont logés dans la première pièce de fixation 5; ces deux enroulements sont réalisés par une opération d'enroulement commune. La première pièce de fixation 5 présente deux branches 5a, 5b latérales, réalisées sous la forme de crochets, et qui, partant du corps principal commun de la pièce de fixation 5, s'écartent latéralement et reçoivent à chaque fois les extrémités de fils de bobinage 7a (fil d'entrée) et 7b (fil de sortie). Globalement, on a huit fils d'enroulement parallèles et distribués en commun par la buse de bobinage pour former un faisceau de fils de bobinage. Les deux bras 5a, 5b en forme de crochets peuvent être recourbés vers l'intérieur à la fin de l'opération de 6 bobinage et après la coupure du fil pour serrer les extrémités 7a, 7b des fils de bobinage à la pièce de fixation 5. [0033] L'opération de bobinage commence au niveau des extrémités de fils de bobinage 7a et à partir de là, on guide axialement la buse de bobinage en direction de la première dent de support 3 ; puis on réalise l'enroulement autour de cette dent de support 3 le cas échéant avec plusieurs couches de bobinage, puis dans la région de l'extrémité, face frontale opposée, le fil de bobinage est conduit autour de la seconde pièce de fixation 6 (figures 1, 3) puis on continue en direction de la seconde dent de support 3. Après avoir bobiné la seconde dent de support 3, on ramène le fil de bobinage sur la première pièce de fixation, ce qui permet ensuite de couper les extrémités 7a, 7b du fil de bobinage. [0034] La figure 3 montre la buse de bobinage 8 dans différentes positions entre les deux dents de support 3 pendant l'expulsion du faisceau de fils de bobinage 7 dans la zone de la seconde pièce de fixation 6. La référence 11 désigne la trajectoire de la buse de bobinage 8 pendant le passage d'une dent de support 3 à la dent de support voisine. Dans la région du passage, le fil de bobinage ou le faisceau de fils de bobinage 7 est déposé par la buse de bobinage 8 le long de la seconde pièce de fixation 6 pour que le faisceau de fils de bobinage se place le long d'une patte ou d'un crochet 12 de la pièce de fixation 6. Après la fin de l'opération de bobinage, on peut replier mécaniquement le crochet 12 pour serrer le faisceau de fil de bobinage 7. [0035] Les deux pièces de fixation 6 font corps avec une bague de contact 9 installée côté frontal sur le paquet de lamelles 2; à l'état installé, on réalise le contact électrique à la masse avec une pièce du boîtier, par l'intermédiaire de la bague de contact. Cette bague est, par exemple, le palier du rotor. Au voisinage de la bague de contact 9, se trouve l'enrobage de matière plastique 10 du paquet de lamelles 2. [0036] La figure 4 montre la pièce de fixation 6 avec le crochet 12 ouvert et aussi fermé à l'état replié. A l'état ouvert du crochet 12, le faisceau de fils de bobinage est déposé le long de la pièce de fixation 6 par la buse de bobinage. Après la fin de l'opération de bobinage, on ferme mécaniquement le crochet 12 et on serre ainsi le faisceau de fil de bobinage 7 à la pièce de fixation 6. [0037] Selon la figure 4 prise en combinaison avec la figure 5, la pièce de fixation 6 a deux pattes d'appui 13 qui s'étendent axialement vers le bas en direction du paquet de lamelles et sont soutenues pour l'enrobage du paquet de lamelles 2. Ainsi, la bague de contact 9 ne reçoit pas les efforts d'appui de la pièce de fixation 6. [0038] La figure 6 est un schéma en vue de dessus, du stator 1 avec le paquet de lamelles 2 et les dents de support 3 tournées vers l'intérieur. Le paquet de lamelles 2 formé dans le boîtier polaire a un diamètre extérieur da ; le diamètre intérieur libre des dents de support 3 du côté radial intérieur porte la référence di. Le rapport entre le diamètre 7 extérieur da et le diamètre intérieur libre di est, de préférence, au maximum égal à 1,5. Cela signifie que l'on a un diamètre intérieur di, libre relativement grand par rapport au diamètre extérieur da. [0039] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0040] 1 Stator [0041] 2 Paquet de lamelles [0042] 3 Dents de support [0043] 4 Enroulement [0044] 5 Pièce de fixation [0045] 5a ; 5b Branches [0046] 6 Pièce de fixation [0047] 7 Fil de bobinage [0048] 7a Extrémité du fil de bobinage (entrée) [0049] 7b Extrémité du fil de bobinage (sortie) [0050] 8 Buse de bobinage [0051] 9 Bague de contact / élément de contact frontal [0052] 10 Enrobage de matière plastique [0053] 11 [0054] 12 Crochet [0055] 13 Patte 8 [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71 [Revendication 81