Brevet FR3145451A1 — publié le 20240802

Poste d’assemblage de stators (12) de machines électriques dans les carters (2) de ces machines, suivant la direction axiale de rotation, ce poste comportant un bras de manutention (28) supportant le stator (12) qui coulisse axialement pour l’insérer dans le carter (2) préalablement chauffé et dilaté, et qui le positionne dans une position axiale finale de montage afin d’obtenir dans cette position un serrage radial après un refroidissement du carter (2), ce poste comportant un dispositif complémentaire commandé (40), indépendant du bras (28), de maintien en position axiale du stator (12) après son positionnement par ce bras (28). Figure 2 POSTE D’ASSEMBLAGE A CHAUD D’UN STATOR DE MACHINE ELECTRIQUE DANS SON CARTER La présente invention concerne un poste d’assemblage à chaud d’un stator de machine électrique dans son carter, ainsi qu’un procédé d’assemblage d’un stator dans un carter de machine électrique mettant en œuvre un tel poste d’assemblage. Les machines électriques comportent généralement un stator disposé autour de l’axe principal de rotation, comprenant des bobinages de fils conducteurs qui sont insérés dans un paquet de tôles empilées afin de former plusieurs pôles magnétiques répartis sur le contour de ce stator. Le stator est fixé dans un carter contenant des paliers du rotor de manière à assurer son centrage dans le stator. Le stator appliquant un couple moteur sur le rotor, il subit en réaction un couple inverse qui doit être bloqué par le carter par l’intermédiaire d’une liaison suffisamment résistante. De plus le carter doit assurer un positionnement précis du stator pour obtenir les performances et le rendement attendu, en particulier un centrage du stator et un positionnement axial défini. Un type de poste d’assemblage d’un stator de machine électrique dans un carter cylindrique à température ambiante, présenté notamment par le document CN-A-114844304, comporte deux carrousels présentant chacun un axe de rotation verticale. Chaque carrousel comporte des bras disposés en étoile se terminant chacun par une pince, un des carrousels saisissant le carter et l’autre le stator présentant leurs axes disposés verticalement. Dans une position particulière d’un bras de chaque carrousel, un stator est aligné au-dessus d’un carter, un système de pressage vertical comprenant un vérin supérieur et un appui de réaction inférieur presse sur le stator pour l’insérer dans un alésage du carter avec une force axiale. En prévoyant un diamètre extérieur du stator légèrement supérieur à celui de l’alésage du carter, on obtient à froid un serrage radial réparti sur l’ensemble du stator qui dépend de l’écart entre ces deux diamètres et de l’élasticité des matériaux. Le serrage radial assure un blocage en rotation permettant de transmettre un couple entre le stator et le carter. Toutefois le serrage radial obtenu dépend fortement des tolérances de fabrication des deux diamètres. De plus lors de l’insertion avec une force axiale entraînant un frottement important des surfaces, on peut obtenir des dégradations des états de surface, et des copeaux ou des limailles formés par des arrachements de matériaux sur les surfaces qui peuvent générer des problèmes de fonctionnement. En variante un autre type de montage connu comporte le chauffage préalable du carter afin d’obtenir sa dilatation, ce qui permet de descendre ensuite le stator à l’intérieur sans effort axial ou avec un faible effort. Il faut alors après avoir positionné axialement le stator, attendre un temps de refroidissement suffisant du carter afin d’obtenir une rétractation assurant le serrage et le blocage en position de ce stator. On obtient peu ou pas de frottements du stator pendant sa descente sur l’alésage du carter ce qui permet d’éviter des problèmes. En particulier il est connu de réaliser des postes d’assemblages comprenant un bras supérieur équipé d’un mandrin expansif vertical saisissant le creux intérieur du stator, qui le descend dans l’alésage d’un carter en alliage d’aluminium chauffé préalablement à environ 200°C. Dans le cas d’un carter comportant un épaulement intérieur formant une butée axiale inférieure de limitation de course du stator, après avoir descendu complètement le stator avec le bras pour le poser sur la butée, on peut le relâcher pour attendre le refroidissement et la rétractation du carter, le stator restant positionné en appui sur la butée axiale par son propre poids. Cependant sur certaines machines, en particulier dans le cas de machines présentant une partie active intérieure refroidie par huile, nécessitant de part et d’autre du stator la mise en place de diffuseurs de cette huile, on ne peut pas réaliser de butée axiale inférieure de positionnement. Dans ce cas la position finale de descente du stator dans le carter est contrôlée précisément par le bras qui fixe cette position axiale, puis la maintient en attendant un refroidissement suffisant du carter donnant le blocage axial du stator. La durée d’attente du refroidissement pouvant être de l’ordre d’une minute, ce type de poste d’assemblage comprenant le maintien de la position du stator par le bras présente alors un temps de cycle qui doit ajouter à cette minute les temps de chargement et de déchargement du poste, ce qui donne une cadence faible. Il faut dans ce cas pour des débits supérieurs multiplier le nombre de postes d’assemblage, ce qui pose des problèmes de coût des investissements et d’espace occupé dans l’atelier. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur. Elle propose à cet effet un poste d’assemblage de stators de machines électriques dans les carters de ces machines suivant la direction axiale de rotation, ce poste comportant un bras de manutention supportant le stator qui coulisse axialement pour l’insérer dans le carter préalablement chauffé et dilaté, et qui le positionne dans une position axiale finale de montage afin d’obtenir dans cette position un serrage radial après un refroidissement du carter, ce poste étant remarquable en ce qu’il comporte un dispositif complémentaire commandé, indépendant du bras, de maintien en position axiale du stator après son positionnement par ce bras. Un avantage de ce poste d’assemblage est qu’après le positionnement axial précis du stator par le bras de manutention, le dispositif complémentaire de maintien est commandé pour prendre le relai en maintenant ce stator dans cette même position, ce qui permet ensuite au bras de se dégager pour travailler sur l’insertion d’un autre stator dans un carter suivant. On continu alors à commander le dispositif de maintien pendant le temps nécessaire afin d’obtenir un refroidissement suffisant du carter qui assure un serrage et un maintien de la position axiale du stator malgré son poids. Le dispositif de maintien est ensuite libéré pour maintenir le stator d’un carter venant après, qui aura été préparé en parallèle par le bras de manutention. En ajoutant sur le poste d’assemblage des dispositifs complémentaires de maintien permettant un refroidissement en parallèle des autres opérations, présentant un coût limité par rapport à l’ensemble du poste, on obtient un poste amélioré avec un temps de cycle qui est fixé uniquement par celui du bras de manutention sans être ralenti par les durées de refroidissement. La cadence du poste occupant un espace sensiblement équivalent peut être fortement améliorée. Le poste d’assemblage selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le poste d’assemblage comporte plusieurs dispositifs de maintien. Avantageusement, le bras de manutention comporte un mandrin expansible radialement qui s’insère dans un creux du stator disposé suivant un axe vertical pour le déplacer. Avantageusement, le poste d’assemblage comporte un plateau tournant comprenant des posages de réception des carters, répartis suivant des pas de rotation égaux, chaque posage disposant d’un dispositif commandé de maintien. Dans ce cas, avantageusement le plateau tournant comporte successivement à chaque pas, dans le sens de rotation, une ligne de chargement disposée en face d’un pas de chargement, un mécanisme d’insertion des stators disposé en face d’un pas d’assemblage, plusieurs pas libres de refroidissement et un pas de déchargement. Avantageusement, le dispositif commandé de maintien comporte une tige de commande disposée suivant l’axe du stator, qui actionne simultanément plusieurs basculeurs disposés chacun dans un plan radial, comprenant une extrémité extérieure venant serrer un creux intérieur du stator. Dans ce cas, avantageusement le dispositif commandé de maintien comporte un tube axial entourant la tige de commande, présentant à une extrémité des pivots recevant chacun un basculeur. En particulier, chaque basculeur peut comporter à son extrémité extérieure un galet monté sur un axe disposé suivant une direction tangentielle, venant en appui dans le creux intérieur du stator. L’invention a aussi pour objet un procédé d’assemblage d’un stator dans un carter de machine électrique utilisant un poste d’assemblage comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu’il comporte une étape de descente verticale d’un stator dans un carter avec le bras de manutention coulissant, pour venir dans la position axiale finale de montage, puis une étape d’actionnement du dispositif commandé de maintien pour maintenir la position axiale du stator, et ensuite une étape de remontée du bras coulissant. Avantageusement, le procédé réalise l’assemblage de plusieurs stators dans leurs carters, tout en maintenant sur ce poste un même carter équipé de son stator dans la phase de refroidissement. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : est une vue en coupe axiale d’un carter de machine électrique contenant un stator assemblé avec un poste d’assemblage selon l’invention ; est une vue de ce poste d'assemblage ; est une vue du dispositif de maintien du stator de ce poste avec et sans son tube extérieur ; est une vue de la fin de l’étape de descente du stator dans le carter ; est une vue de l’étape suivante d’actionnement de ce dispositif de maintien ; et est une vue de la fin de l’étape d’actionnement de ce dispositif de maintien. La présente un carter de machine électrique 2 réalisé par un moulage d’un alliage d’aluminium, présentant un alésage vertical 6 disposé autour de l’axe de rotation du rotor A, qui est maintenu en position sur un posage plat 4. Le carter 2 présente un fond inférieur 8 comportant un logement recevant un roulement d’extrémité inférieure du rotor, et une ouverture supérieure 10 permettant l’engagement des parties actives de la machine dans l’alésage 6, qui sera ensuite fermée par un couvercle contenant un roulement d’extrémité supérieure. Le stator 12 forme une couronne serrée radialement dans l’alésage 6, cet alésage ne présentant pas d’épaulement inférieur formant une butée axiale de descente du stator, pour permettre l’implantation de diffuseurs d’huile de refroidissement de la partie active de la machine. Le carter 2 est préalablement chauffé à une température d’environ 200° pour obtenir une dilatation suffisante de l’alésage 6, permettant une descente avec peu d’effort du stator 12 dans cet alésage. L’outillage du poste d’assemblage positionne le stator 12 de manière précise à sa hauteur de montage, en attendant un refroidissement suffisant du carter 2 qui assure le serrage et le maintien de la position axiale de ce stator. La présente un poste d’assemblage comportant un plateau horizontal circulaire 20 tournant suivant un axe vertical A1, recevant six posages 4 répartis de manière régulière sur le contour de ce plateau, disposés chacun à un pas. Le plateau 20 tourne dans le sens horaire par séquence d’un sixième de tour formant un pas. Chaque posage 4 comporte dans son axe vertical un dispositif commandé 40 de maintien axial de chaque stator 12 inséré dans le carter 2 qui viendra sur ce posage. Le poste d’assemblage comporte une ligne de chargement des carters 14 disposée radialement par rapport au plateau tournant 20, face à un posage de chargement 30 comprenant un plateau incliné 22, qui reçoit à son extrémité extérieure les carters préalablement chauffés à 200°C. Dans une première opération la ligne de chargement 14 dépose un carter chauffé 2 à un premier pas sur un posage de chargement 30 devant lui, en utilisant un système de manutention non représenté. Le plateau tournant 20 tourne ensuite suivant un pas. Un mécanisme d’insertion des stators 16 est installé radialement face au deuxième pas formant un pas d’assemblage 32 venant juste après le pas de chargement 30. Le mécanisme d’insertion des stators 16 comporte un montant vertical 24 disposé au bord du plateau 20, supportant en hauteur et vers l’extérieur une ligne d’alimentation des stators 12 comprenant un plateau 26 recevant ces stators qui sont alignés radialement. Le montant vertical 24 comporte vers l’intérieur un bras coulissant verticalement 28, qui dans une deuxième opération réalisée en parallèle de la première opération, reçoit un stator 12 avançant vers l’axe du plateau A1 en traversant une fenêtre de ce montant. Le bras coulissant 28 comporte en dessous un mandrin radialement expansible 60, qui prend le stator 12 dans son creux intérieur, puis l’aligne verticalement avec l’alésage 6 du carter chaud 2 en attente en dessous. Dans une troisième opération après la deuxième opération, le bras 28 descend verticalement D pour insérer le stator 12 dans l’alésage du carter chaud en attente 2, puis s’immobilise à une hauteur définie correspondant au positionnement axial final de ce stator dans son carter. La présente le dispositif commandé de maintien des stators 40, comprenant un tube vertical 42 fixé sur le plateau 20, dans l’axe A de l’alésage des carters 6 disposés sur chaque posage 4. Le tube 42 comporte à son extrémité supérieure trois échancrures 44 comprenant chacune en partie supérieure une chape fixe 46 présentant un axe disposé tangentiellement. Chaque chape fixe 46 reçoit un basculeur allongé 48 orienté radialement, comportant à son extrémité extérieure un galet circulaire 50 fixé par un axe disposé tangentiellement. L’extrémité intérieure de chaque basculeur 48 forme une chape intérieure 52 présentant un axe disposé tangentiellement, recevant l’extrémité supérieure d’une biellette de commande 54 sensiblement verticale. Une tige verticale de commande 56 disposée dans l’axe du tube 42, comporte une extrémité inférieure reliée à un actionneur fixé sous le plateau 20 pour la faire coulisser verticalement. L’extrémité supérieure de la tige de commande 56 comporte trois chapes de commande 58 réparties sur son contour, présentant chacune un axe disposé tangentiellement recevant l’extrémité inférieure d’une biellette de commande 54. La présente le mandrin expansible 60 pendant la troisième opération de descente D du stator 12 représentée en position finale, la tige de commande 56 déplacée par son actionneur est dans sa position basse ce qui relève complètement la partie extérieure des basculeurs 48 et leurs galets d’extrémité 50. Les galets 50 sont au plus près de l’axe principal A, et donc éloignés du creux intérieur du stator 12 ce qui laisse complètement libre sa descente. La présente une quatrième opération suivante de montée C de la tige de commande 56 déplacée par son actionneur, ce qui fait incliner B les basculeurs 48 vers le bas en rapprochant leurs galets 50 du creux intérieur du stator 12. Le bras 28 et son mandrin expansible 60 ne bougent pas, ce qui maintient la position axiale du stator 12 encore libre dans le carter 2 qui est toujours chaud et dilaté. La présente après la fin de la montée de la tige de commande 56, une cinquième opération de fermeture F du mandrin expansible 60 en le séparant du stator 12 qui reste maintenu en position par le dispositif commandé de maintien 40, puis de montée M de son bras 28 pour dégager ce mandrin au-dessus du carter 2. On a ensuite une rotation du plateau 20 vers un troisième pas de refroidissement 34, qui met en attente dans une sixième opération de refroidissement le carter chaud 2 pendant que les deux pas précédents renouvellent les mêmes opérations. La sixième opération de refroidissement se prolonge aux quatrième pas et au cinquième pas suivants, après deux rotations. On a ensuite après une dernière rotation l’arrivée du carter au sixième pas de déchargement 36, qui réalise d’abord une septième opération de descente de la tige de commande 56 pour libérer le stator 12 alors que son carter 2 est suffisamment refroidi pour le maintenir axialement. On a enfin une huitième opération réalisée par un système automatisé de retrait du carter 2 équipé de son stator 12 afin de libérer le posage 4 qui ira au pas suivant de chargement 30. On obtient à partir d’un poste d’assemblage comportant un unique système de chargement des carters chaud 2, d’insertion des stators 12 et de déchargement des carters assemblés, occupant un espace minimum, la possibilité d’avoir un temps de cycle court grâce à la mise en attente du refroidissement sur les pas de refroidissement 34. En prévoyant un nombre de pas de refroidissement 34 suffisant, on peut ne pas arrêter le système d’insertion des stators 12 qui tourne en continu, ce qui rentabilise au mieux l’investissement. Le poste d’assemblage travaillant à une cadence élevée permet de produire un grand nom de carters assemblés 2 en occupant un espace minimum. Poste d’assemblage de stators (12) de machines électriques dans les carters (2) de ces machines suivant la direction axiale (A) de rotation, ce poste comportant un bras de manutention (28) supportant le stator (12) qui coulisse axialement pour l’insérer dans le carter (2) préalablement chauffé et dilaté, et qui le positionne dans une position axiale finale de montage afin d’obtenir dans cette position un serrage radial après un refroidissement du carter (2), caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif complémentaire commandé (40), indépendant du bras (28), de maintien en position axiale du stator (12) après son positionnement par ce bras (28). Poste d’assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte plusieurs dispositifs de maintien (40). Poste d’assemblage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bras de manutention (28) comporte un mandrin expansible radialement (60) qui s’insère dans un creux du stator (12) disposé suivant un axe vertical pour le déplacer. Poste d’assemblage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un plateau tournant (20) comprenant des posages (4) de réception des carters (2), répartis suivant des pas de rotation égaux, chaque posage (4) disposant d’un dispositif commandé de maintien (40). Poste d’assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le plateau tournant (20) comporte successivement à chaque pas, dans le sens de rotation, une ligne de chargement (14) disposée en face d’un pas de chargement (30), un mécanisme d’insertion des stators (16) disposé en face d’un pas d’assemblage (32), plusieurs pas libres de refroidissement (34) et un pas de déchargement (36). Poste d’assemblage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif commandé de maintien (40) comporte une tige de commande (56) disposée suivant l’axe du stator (A), qui actionne simultanément plusieurs basculeurs (48) disposés chacun dans un plan radial, comprenant une extrémité extérieure venant serrer un creux intérieur du stator (12). Poste d’assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif commandé de maintien (40) comporte un tube axial (42) entourant la tige de commande (56), présentant à une extrémité des pivots (46) recevant chacun un basculeur (48). Poste d’assemblage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque basculeur (48) comporte à son extrémité extérieure un galet (50) monté sur un axe disposé suivant une direction tangentielle, venant en appui dans le creux intérieur du stator (12). Procédé d’assemblage d’un stator (12) dans un carter de machine électrique (2) utilisant un poste d’assemblage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de descente verticale (D) d’un stator (12) dans un carter (2) avec le bras de manutention coulissant (28), pour venir dans la position axiale finale de montage, puis une étape d’actionnement du dispositif commandé de maintien (40) pour maintenir la position axiale du stator (12), et ensuite une étape de remontée du bras coulissant (28). Procédé d’assemblage selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il réalise l’assemblage de plusieurs stators (12) dans leurs carters (2), tout en maintenant sur ce poste un même carter (4) équipé de son stator (12) dans la phase de refroidissement.