Brevet FR3095091A1 — publié le 20201016

Description Titre de l'invention : procédé de fabrication d'un rotor à cage d'écureuil bi-matière [0001] La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un rotor à cage d'écureuil bi-matière, comportant un paquet de tôles muni d'encoches renfermant des barres électriquement conductrices reliées entre elles par deux anneaux de court-circuit, dans lequel on surmoule les deux anneaux de court-circuit sur les barres conductrices par injection de métal en fusion dans un moule de presse de fonderie sous pression. [0002] De manière classique, les barres conductrices et les anneaux de court-circuit sont réalisés en aluminium pur, ou en alliage d'aluminium, voire, de manière plus marginale, en cuivre ou en alliage cuivreux en ce qui concerne les barres. A l'heure actuelle, une technique utilisée pour fabriquer une cage bi-matière pour un rotor de machine électrique, consiste à insérer des barres électriques de forme appropriée dans les encoches du noyau en acier magnétique composant le rotor, puis à relier progressivement les anneaux de court-circuit par soudure ou brasage à chacune des barres électriques. Une telle manière de procéder est toutefois fastidieuse et chronophage. Il est également d'usage de réaliser les anneaux de court-circuit et les barres conductrices par une seule et unique injection de métal en fusion, ce qui est plus rapide et permet de fabriquer ces deux éléments lors d'une unique opération, les barres conductrices remplissant les encoches du noyau magnétique, ce qui évite les inserts pour les barres conductrices. [0003] Différentes solutions basées sur une injection de métal fondu pour fabriquer un rotor à cage d'écureuil bi-matière sont décrites dans les publications DE 43 08 683, WO 2010/121697, EP 0 772 278 et FR 74 09522. [0004] Le présent demandeur a toutefois constaté que les solutions d'injection de métal classiques ne donnent pas entière satisfactionà ce jour, leur mise en oeuvre étant à l'origine d'un certain nombre d'inconvénients qui nuisent à la qualité et à la longévité du rotor fabriqué. [0005] La présente invention a par conséquent pour objectif de pallier les différents in- convénients identifiés et de proposer, par rapport aux solutions existantes, une alternative permettant d'obtenir des performances et une productivité améliorées. Plus précisément, les principaux objectifs recherchés par la présente invention consistent à réduire de manière importante la matière première engagée (les barres n'étant plus injectées), à obtenir une meilleure isolation des barres par rapport au noyau magnétique par la présence d'un jeu (aussi petit soit-il) ou par 2 la présence d'un isolant sur les barres conductrices ou dans les encoches du noyau magnétique, à obtenir une parfaite cohésion entre les anneaux de court-circuit et les barres conductrices, et plus généralement accélérer les cycles de production d'un rotor à cage d'écureuil bi-matière sans nuire à la qualité des produits fabriqués. [0006] A cet effet, la présente invention concerne un procédé du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que pour effectuer l'opération de surmoulage des anneaux sur les barres conductrices, on place l'ensemble formé par le paquet de tôles et les barres conductrices dans un moule muni d'au moins deux empreintes définissant la forme des anneaux dans une presse de fonderie sous pression à injection horizontale, et on procède à une injection horizontale de métal en fusion dans lesdites empreintes. [0007] Conformément à une première variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est prévu d'injecter le métal en fusion simultanément dans les deux empreintes. [0008] Toutefois, il est également envisageable d'injecter le métal en fusion succes- sivement dans l'une puis l'autre des deux empreintes. [0009] Par ailleurs, l'invention a prévu la possibilité de disposer l'ensemble formé par le paquet de tôles et les barres conductrices, perpendiculairement ou parallèlement au plan de joint du moule. [0010] Une autre caractéristique du procédé selon l'invention est définie par le fait que l'on utilise préférentiellement un métal présentant une conductivité électrique au moins égale à 301VISm pour fabriquer les anneaux de court-circuit. [0011] De même, conformément à l'invention, il est préférable d'utiliser des barres conductrices réalisées en un matériau présentant une conductivité électrique au moins égale à 301VISm [0012] Afin d'optimiser le déroulement du processus, il est en outre prévu d'utiliser des barres conductrices dont les zones destinées à être en contact avec les anneaux métalliques peuvent faire l'objet, préalablement à l'opération de surmoulage, d'un traitement de surface même partiel, destiné à éviter toute oxydation. [0013] Il est à noter que des barres conductrices dont la section est de forme complé- mentaire à celle des encoches du paquet de tôlessont préférentiellement utilisées [0014] De plus, lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est préférable d'utiliser en outre des empreintes dont la forme est conçue apte à permettre une compression du paquet de tôles à l'intérieur du moule pendant l'opération de surmoulage. [0015] L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, à lire en relation 3 avec les dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective partiellement coupée d'une partie d'un rotor à cage d'écureuil fabriqué par le procédé selon l'invention, La figure 2 est une vue en coupe transversale de ce même rotor, La figure 3 est une vue schématique en coupe du rotor de la figure 1 en cours de fabrication dans un moule de presse de fonderie, et La figure 4 est une vue schématique en coupe du rotor de la figure 1 en cours de fabrication dans un moule de presse de fonderie de structure différente de celui de la figure 3. [0016] En référence aux figures, la présente invention concerne un procédé de fa- brication d'un rotor 1 à cage d'écureuil bi-matière, présentant de manière classique un noyau magnétique défini par un paquet de tôles 2 en acier muni d'encoches 3 renfermant des barres conductrices 4 reliées entre elles par deux anneaux de court-circuit 5 surmoulés par injection de métal en fusion dans un moule 6 de presse de fonderie sous pression. [0017] Il est à noter que le paquet de tôles 2 est composé de tôles d'acier présentant de bonnes caractéristiques magnétiques, tandis que les barres conductrices 4 sont formées par un matériau présentant une conductivité électrique au moins égale à 30MSm [0018] Par ailleurs, conformément à l'invention, les barres conductrices 4 utilisées peuvent faire l'objet, préalablement à l'opération de surmoulage des anneaux de court-circuit 5, d'un traitement de surface même partiel, au niveau des zones destinées à être en contact avec les anneaux, afin d'éviter toute oxydation intempestive susceptible de nuire à la qualité du contact électrique établit. [0019] De plus, les barres conductrices 4 présentent avantageusement une section de forme complémentaire à celle des encoches 3 du paquet de tôles 2 et en épousent par conséquent la forme au plus juste Afin de permettre leur surmoulage par les anneaux de court-circuit 5, les barres conductrices 4 sont par ailleurs insérées dans les encoches 3 de manière telle que leurs extrémités 40, 41 émergent au niveau des faces opposées 50, 51 du paquet de tôles 5. [0020] Conformément à l'invention, l'opération de surmoulage des anneaux 5 sur les barres conductrices 4 est effectuée au moyen d'une presse de fonderie sous pression à injection horizontale, en plaçant l'ensemble formé par le paquet de tôles 2 et les barres conductrices 4 dans un moule 6 muni de deux empreintes 7 définissant chacune la forme d'un anneau 5, ainsi que deux empreintes 8 permettant d'assurer, avec les empreintes 7, une parfaite compression du paquet de tôles 2 au niveau de zones d'appui 9. Les empreintes 7 et 8 peuvent être également réalisées en une seule et même empreinte 7b. [0021] Il convient de noter que dans la variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention illustrée, l'ensemble formé par le paquet de tôles 2 et les barres conductrices 4 est disposé dans le moule 6 de sorte que son axe longitudinal X se positionne parallèlement au plan de joint 10 du moule 6. Toutefois, une disposition selon laquelle l'axe longitudinal X de l'ensemble serait orienté perpendiculairement au plan de joint 10 du moule 6 est également envisageable. Un positionnement de l'ensemble formé par le paquet de tôles 2 et les barres conductrices 4 dans le moule 6 de manière telle que son axe X se positionne horizontalement permet par ailleurs avantageusement d'obtenir des anneaux de court-circuit 5 parfaitement symétriques. [0022] Un métal présentant une conductivité électrique au moins égale à 30MSm , tel que par exemple de l'aluminium est ensuite injecté horizontalement, sous pression, dans le moule 6 au travers d'un front de métal présentant deux bras 11, 12. Ces derniers permettent l'acheminement du métal liquide dans les empreintes 7 ou 7b, de manière radiale, pour former les deux anneaux de court-circuit 5 en une seule opération de fonderie. Après solidification et retrait du métal fondu, les deux anneaux de coud-circuit 5 sont reliés avec une accroche parfaite à l'ensemble des barres conductrices 4 que comporte le rotor 1. [0023] Une autre variante du procédé selon l'invention consiste à injecter le métal fondu permettant de réaliser les anneaux de court-circuit 5 au moyen d'un front de métal ne présentant qu'un unique bras. Le métal en fusion est alors injecté successivement dans l'une puis l'autre des deux empreintes 7 ou 7b, et les deux anneaux de court-circuit 5 fabriqués l'un après l'autre. [0024] Tel qu'il ressort clairement de ce qui précède, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet de fabriquer en grande série un rotor à cage d'écureuil bimatière et avec une productivité accrue par rapport aux procédés classiques reposant sur une soudure ou une brasure des anneaux sur les barres conductrices ou une injection verticale de métal fondu. De plus, la liaison mécanique entre les barres et les anneaux obtenus par surmoulage de métal fondu est améliorée par rapport aux procédés de soudure ou de brasure actuellement mis en oeuvre. L'isolation, dû à la présence de jeu ou d'un isolant, entre les encoches du noyau magnétique et les barres conductrices, dont la section est préservée, conduit également à un gain en performance par rapport aux rotors obtenus via les procédés d'injection classiques. L'utilisation d'aluminium pour fabriquer les anneaux de court-circuit permet de diminuer le poids du rotor par rapport à un rotor injecté ou mécano soudé en cuivre. H a également été constaté qu'un rotor à cage d'écureuil obtenu par le procédé selon l'invention présente une bonne tenue mécanique, y compris lorsqu'il est soumis à une haute vitesse de rotation. 5 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de fabrication d'un rotor (1) à cage d'écureuil bi-matière, comportant un paquet de tôles (2) muni d'encoches (3) renfermant des barres (4) conductrices reliées entre elles par deux anneaux de court-circuit (5), dans lequel on surmoule les deux anneaux de court-circuit (5) sur les barres conductrices (4) par injection de métal en fusion dans un moule (6) de presse de fonderie sous pression, caractérisé en ce que pour effectuer l'opération de surmoulage des anneaux (5) sur les barres conductrices (4), on place l'ensemble formé par le paquet de tôles (2) et les barres conductrices (4) dans un moule (6) muni d'au moins deux empreintes (7 ou 7b) définissant la forme des anneaux (5) dans une presse de fonderie sous pression à injection horizontale, et on procède à une injection horizontale de métal en fusion dans lesdites empreintes (7 ou 7b). [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte le métal en fusion simultanément dans les deux empreintes (7 ou 7b). [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte le métal en fusion successivement dans l'une puis l'autre des deux empreintes (7 ou 7b). [Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce qu'on dispose l'ensemble formé par le paquet de tôles (2) et les barres conductrices (4) de sorte que son axe longitudinal (X) se positionne perpendiculairement au plan de joint (10) du moule (6). [Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on dispose l'ensemble formé par le paquet de tôles (2) et les barres conductrices (4) de sorte que son axe longitudinal (X) se positionne parallèlement au plan de joint (10) du moule (6). [Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que l'on injecte un métal présentant une conductivité électrique au moins égale à 30MSm -1. [Revendication 7] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que l'on utilise des barres conductrices (4) réalisées en un matériau présentant une conductivité électrique au moins égale à 30MSm -1 . [Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- 6 [Revendication 9] ractérisé en ce que l'on utilise des barres conductrices (4) dont les zones destinées à être en contact avec les anneaux métalliques (5) peuvent faire l'objet, préalablement à l'opération de surmoulage, d'un traitement de surface même partiel, destiné à éviter toute oxydation. [Revendication 10] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise des barres conductrices (4) dont la section est de forme complémentaire à celle des encoches(3) du paquet de tôles (2). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise des empreintes (8 ou 7b) dont la forme est conçue apte à permettre une compression du paquet de tôles (2) à l'intérieur du moule (6) pendant l'opération de surmoulage.