Procédé de fabrication d'un noyau magnétique pour un dispositif électromagnétique La présente invention se rapporte à la fabrication d'un noyau magnétique du type dans lequel sont assem blées des pièces magnétiques en un matériau à haute per méabilité, sous forme de tôles ou sous une forme analo gue, noyau magnétique autour duquel sont appliqués un ou plusieurs enroulements électriques, de manière qu'une isolation suffisante soit assurée entre les enroulements et le boyau.
Pour l'assemblage d'un noyau de ce type, on utilise couramment des moyens pour fixer .ensemble les tôles ou les pièces similaires. Les enroulements électriques sont isolés du noyau par une isolation interposée. Parfois, on applique tout d'abord l'isolation sur le noyau, puis on bobine les enroulements sur le noyau ainsi isolé, et dans d'autres cas on confectionne tout d'abord les enroule ments indépendamment, puis on les monte sur le noyau, auquel cas les moyens isolants peuvent être associés au noyau ou aux enroulements électriques, avant l'assem blage des parties.
Conformément au procédé objet de la présente inven tion, on utilise une matière de revêtement à la fois pour obtenir l'isolation désirée entre un enroulement électri que et un noyau et pour fixer ensemble les tôles ou autres pièces du noyau. L'invention comprend également un appareil pour la mise en #uvre du procédé permettant d'assembler et d'isoler des noyaux électriques., préala blement au montage d'enroulements électriques sur ceux-ci.
On décrit ci-après, à titre d'exemple et avec référence au dessin annexé, une mise en oeuvre particulière du pro cédé selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en plan d'un stator d'un moteur électrique.
La fig. 2 est une vue latérale du stator de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en élévation schématique, par tiellement en coupe, d'un appareil de revêtement.
La fig. 4 est une vue en plan du mécanisme vibra teur.
La fig. 5 est une coupe montrant les parties mas- quantes en place sur un ,empilage de stator.
La fig. 6 est une vue en plan d'un gabarit de serrage, et la. fig. 7 est une vue en élévation du même gabarit. L'appareil représenté au dessin sert à fixer ensemble une pile de tôles en matériau magnétique et à appliquer un revêtement isolant sur cette pile, pour former le sta tor d'un moteur électrique.
La forme générale d'un stator de ce type est bien connue, et un exemple en est donné dans les fig. 1 et 2. Le stator 10 est composé d'une pile de tôles 11, en un matériau magnétique. Cette tôle comprend une surface externe cylindrique 12, une surface interne cylindrique 13 et une série d'encoches radiales 14 qui s'étendent à partir de la surface cylindrique interne 13 et qui sont con formées de manière à recevoir les enroulements du sta tor.
Lorsque les tôles sont empilées avec les ouvertures et les encoches en regard, il se forme un alésage cylindri que destiné à recevoir le rotor du moteur, et une série de rainures axiales destinées à recevoir les enroulements du stator. Suivant la technique courante, on fixe les tôles empilées, avec les surfaces adjacentes en contact serré, au moyen de boulons ou d'organes analogues, traversant la pile d6 tôle, afin de solidariser l'assemblage de la pile par boulonnage ou rivetage.
Pour réduire les courants de Foucault circulant dans le stator en fonctionnement, on pourvoit généralement l'une des surfaces de chaque tôle d'une mince couche ou pellicule isolante, qui s'oppose au passage des cou rants longitudinalement à travers le stator, c'est-à-dire dans la direction transversale à l'épaisseur des tôles. L'appareil qui va être décrit est destiné au revêtement des surfaces annulaires supérieure et inférieure du stator, comprises à l'intérieur d'une limite 15, et égale ment au revêtement des surfaces intérieures des rainures 14.
II est expressément prescrit qu'il ne doit y avoir aucune matière de revêtement sur la surface cylin drique interne 13, car cela affecterait le fonctionnement du moteur. Il est moins important que le revêtement soit confiné à l'intérieur de la limite 16, car cela est -dû prin cipalement à des raisons d'économie de matière de revê tement.
Cette matière de revêtement, si sa composition est appropriée, par exemple si elle consiste en une résine époxy, peut remplacer l'isolation insérée, utilisée cou ramment pour revêtir les rainures du stator. Ainsi, dans le cas présent, il est nécessaire de masquer le stator de manière à ne laisser exposées que les parties annulaires des surfaces frontales du stator, ainsi que les parois des rainures.
Avec l'appareil qui va être décrit, les tôles sont as semblées sans serrage en une pile, puis sont serrées tem porairement ensemble. L'empilage ainsi serré est revêtu localement d'une résine synthétique de manière qu'un revêtement en une matière isolante soit formé sur au moins une partie des faces frontales annulaires de l'as semblage et sur les surfaces internes des rainures d'en roulement.
Le revêtement de l'alésage central de l'em pilage est évité, car, dans le moteur terminé, il est hau tement désirable que le jeu entre les surfaces magnétiques adjacentes du rotor et du stator soit réduit au minimum, et un revêtement sur cet alésage central de l'empilage réduirait encore ce jeu. On utilise le même revêtement pour maintenir les tôles ensemble, ce qui élimine le be soin des boulons ou rivets habituels.
L'appareil comprend un support pour une table de travail 20, au-dessous de laquelle se trouve un réservoir 21 comportant des parois 22 qui peuvent être repliées en direction verticale. Au fond du réservoir se trouve une chambre à air 23, séparée du réservoir par un<I>sépa-</I> rateur 24 perméable à l'air, consistant par exemple en une matière céramique poreuse.
Le réservoir est destiné à recevoir une matière de revêtement, telle qu'une résine, sous forme pulvérulente, et la résine pulvérulente est flui- disée par un gaz admis dans la, chambre à air 23 à tra vers un orifice 25. Une résine époxy est une matière pré férée, bien qu'une matière thermoplastique en poudre soit également utilisable.
La structure qui forme la base du réservoir, compre nant la chambre à air 23 et le séparateur 24, est mobile verticalement. A cet effet, la base est montée sur le pis ton 26 d'un vérin pneumatique 27, fixé au châssis de l'ap pareil. Le mouvement vertical de la base du réservoir est permis par le mouvement en accordéon des parois 22.
La table de travail présente une ouverture circulaire 29, au-dessus du réservoir 21, et cette ouverture est en tourée d'un organe de base annulaire 30. Un organe de base supérieur 31, également de forme annulaire, s'adap te sur l'organe de base 30 et peut tourner sur celui-ci, grâce à un palier annulaire 32. Les deux organes 30 et 31 de la base sont maintenus ensemble par un organe de retenue 33 et sont rendus imperméables à une fuite de poudre par un joint 34.
Un mouvement vibratoire semi- rotatif de l'organe de base supérieur 31 peut être effec tué au moyen d'un moteur pneumatique 35 à mouve ment alternatif, qui est fixé à la table de travail et qui est accouplé à un bras 36 de l'organe 30.
Les tôles destinées à former un stator de moteur sont assemblées, avec leurs ouvertures exactement en regard, et sont placées dans la machine, maintenues par une pince temporaire. Cette pince comprend une bague supérieure 37 et une bague inférieure 38, entre lesquelles s'étend une série de boulons 39 qui servent à la fois à maintenir les tôles empilées en regard et à les serrer les unes aux autres. Ces bagues d'extrémité servent égale ment à masquer les bords périphériques externes des faces annulaires externes des tôles frontales de l'empi lage, de la manière visible à la fig. 5.
L'organe de base supérieur 31 présente un rebord interne 41 sur lequel est fixé un manchon de position nement 42. Ce dernier passe avec un faible jeu à l'inté rieur de la bague 38. Ceci détermine la position de la pile de tôles serrées et masque une partie de la surface inférieure. La surface supérieure de l'organe est évidée pour recevoir une bague d'étanchéité 43. Cette dernière est en une matière poreuse, par exemple en mousse de polyuréthane et de l'air est amené sur la face inférieure du joint à travers un tuyau d'admission 44, un passage 45 et le canal annulaire 46. Le bord interne de l'organe 28 est moleté en 46.
Un écran cylindrique amovible 48 repose sur la bague de scellement 43, en s'adaptant à l'intérieur du bord supérieur de l'organe 31.
Un ensemble chambre et masque d'alésage 51 est monté au-dessus de la table de travail, de manière à pouvoir être animé d'un mouvement alternatif vertical au moyen d'un vérin pneumatique 50. Cet ensemble est porté par le piston 52 du vérin 50. Cet ensemble est es sentiellement une forme inversée de l'organe de base su périeur 31 et comprend un organe annulaire 53 avec un manchon central 54 fixé à un rebord 55. L'organe 53 est conformé de manière à recevoir l'organe de scellement annulaire 56, et de l'air peut être admis à travers un orifice 57. En outre, cet ensemble comprend un masque d'alésage, qui est indiqué schématiquement en 58.
Ce masque consiste en un organe de support interne tel qu'un manchon, dont la surface externe est de forme gé nérale cylindrique, et auquel est hermétiquement scellé à ses extrémités un manchon cylindrique en une matière flexible. Une matière qui résiste à la chaleur, telle que le néopréne, convient. Cette construction définit un espa ce à air annulaire fermé, dans lequel de l'air peut être admis, afin de gonfler le manchon flexible. De préféren ce, l'air peut circuler dans l'espace annulaire afin d'assu rer le refroidissement, en plus du gonflement. Lorsque le manchon n'est pas gonflé de cette manière, l'ensemble de masque peut être introduit facilement dans l'alésage du stator.
Une fois gonflé, il presse fortement contre la surface de l'alésage. Les avantages d'une disposition de ce type sont relevés dans l'exposé mentionné. Dans le<I>cycle</I> opératoire, les tôles du stator sont tout d'abord empilées et disposées en regard, puis serrées ensemble. Les tôles sont chauffées jusqu'à une température qui dépend en grande partie de la nature de la résine em ployée. L'empilage serré 60 est placé en position sur le manchon 42, où sa position est déterminée par le bord supérieur du manchon qui s'adapte dans la bague 38.
On fait alors fonctionner le vérin 50, et l'ensemble cham bre et masque d'alésage descend jusqu'à l'engagement avec le capuchon. Le masque d'alésage 55 pénètre dans l'ouverture centrale de l'empilage des tôles et un enga gement étanche est assuré entre l'écran cylindrique 48 et les deux joints annulaires 43 et 56, dans les positions montrées à la fig. 5. Il se forme alors une chambre à air 59 définie par l'écran cylindrique 48, les organes 31 et 53 et les manchons 42 et 54.
Ensuite, de l'air sous pres sion est admis dans<B>la</B> masque, par exemple au moyen d'un raccord 63, afin de gonfler le masque suffisamment pour l'amener en engagement serré avec la surface de l'alésage du stator, et de l'air est admis dans la chambre à air 59. Cet air peut s'échapper à travers les petits jeux en 61 et 62, entre l'empilage de stator 60 et les bords des manchons 42 et 54.
Il est recommandable de moleter ou de gaufrer ces bords des manchons, afin que le cou rant d'air désiré puisse être obtenu. Pendant ce temps, le niveau de la résine pulvérulente dans le réservoir 21, maintenue fluidifiée par un gaz fluidifiant admis par l'orifice 25, est élevé par l'ascension de la base du réser voir causée par le vérin pneumatique 27. La résine flui difiée dans le réservoir monte à travers les rainures du stator, et au-dessus de la surface supérieure du stator 60.
De cette manière, certaines des surfaces de l'empilage sont en contact avec la poudre, y compris les rainures du noyau et les phériphéries internes des surfaces supé rieure et inférieure. L'alésage est masqué par<B>la</B> masque 58 et les périphéries externes des surfaces supérieure et inférieure sont masquées par les manchons 42 et 54.
La base du réservoir est ensuite déplacée vers le bas afin que le niveau de la poudre fluidifiée descende à nouveau en dessous du niveau de la table de travail, et le vibra teur 35 fait tomber l'excès de poudre qui peut s'être déposé sur la surface supérieure du stator.
Le stator chauffé se trouve ainsi revêtu de résine pulvérulente qui, après un chauffage complémentaire éventuellement nécessaire pour la transformer en un revêtement continu et pour compléter le durcissement, sert à la fois à main tenir les tôles fixées les unes aux autres et à constituer une isolation recouvrant les rainures d'enroulement du stator, ce qui rend superflue toute autre isolation entre les enroulements et le noyau du stator.
Il peut être néces saire ou désirable d'amener le revêtement isolant du sta tor jusqu'à une épaisseur désirée, en procédant à des opérations de revêtement répétées. Pendant l'opération de revêtement, l'accumulation de matière de revêtement résiduelle aux jonctions du stator avec les manchons 42 et 54 est évitée par l'air admis en 57, qui circule à travers les jeux 61 et 62 en éliminant l'excès de poudre de revêtement du voisinage immédiat de ces jonctions.
La vibration de l'assemblage de base, causée par le vi brateur 35, tend également à prévenir une accumulation de poudre, jusqu'à une épaisseur indésirable, sur toutes les surfaces horizontales et exposées de l'assemblage, sur lesquelles de la poudre peut se déposer.
En changeant les manchons 42 et 54 et le masque d'alésage 58, il est facile d'adapter l'appareil à des sta tors d'autres dimensions ou à des articles de formes dif férentes.
On voit que le procédé décrit permet d'assembler et d'isoler de manière très efficace les structures magnéti ques des moteurs et d'autres dispositifs électromagnéti ques.)
Method of manufacturing a magnetic core for an electromagnetic device The present invention relates to the manufacture of a magnetic core of the type in which magnetic parts are assembled in a material with high permeability, in the form of sheets or in a analogous form, magnetic core around which are applied one or more electrical windings, so that sufficient insulation is provided between the windings and the hose.
For the assembly of a core of this type, means are commonly used for fixing the sheets or the like together. The electrical windings are isolated from the core by an interposed insulation. Sometimes the insulation is first applied to the core, then the windings are wound onto the core thus insulated, and in other cases the windings are first assembled independently and then mounted on the core. , in which case the insulating means can be associated with the core or with the electrical windings, before the parts are assembled.
In accordance with the method of the present invention, a coating material is used both to achieve the desired insulation between an electrical winding and a core and to secure together the sheets or other parts of the core. The invention also includes an apparatus for carrying out the method for assembling and isolating electric cores, prior to mounting electric windings thereon.
A particular implementation of the process according to the invention is described below by way of example and with reference to the appended drawing.
Fig. 1 is a plan view of a stator of an electric motor.
Fig. 2 is a side view of the stator of FIG. 1. FIG. 3 is a schematic elevational view, partly in section, of a coating apparatus.
Fig. 4 is a plan view of the vibrating mechanism.
Fig. 5 is a section showing the masking parts in place on a stator stack.
Fig. 6 is a plan view of a clamping jig, and 1a. fig. 7 is an elevational view of the same template. The apparatus shown in the drawing is used to fix together a stack of sheets of magnetic material and to apply an insulating coating on this stack, to form the sta tor of an electric motor.
The general shape of a stator of this type is well known, and an example is given in FIGS. 1 and 2. The stator 10 is composed of a stack of sheets 11, of a magnetic material. This sheet comprises a cylindrical outer surface 12, a cylindrical inner surface 13 and a series of radial notches 14 which extend from the inner cylindrical surface 13 and which are shaped to receive the windings of the stator.
When the sheets are stacked with the openings and the notches facing each other, a cylindrical bore is formed which is intended to receive the rotor of the motor, and a series of axial grooves intended to receive the windings of the stator. According to the current technique, the stacked sheets are fixed, with the adjacent surfaces in close contact, by means of bolts or the like, passing through the stack of sheets, in order to secure the assembly of the stack by bolting or riveting.
To reduce the eddy currents flowing in the stator in operation, one of the surfaces of each sheet is generally provided with a thin layer or insulating film, which opposes the passage of the currents longitudinally through the stator, that is, that is to say in the direction transverse to the thickness of the sheets. The apparatus which will be described is intended for coating the upper and lower annular surfaces of the stator, included within a boundary 15, and also for coating the interior surfaces of the grooves 14.
It is expressly prescribed that there should be no coating material on the internal cylindrical surface 13, as this will affect the operation of the engine. It is less important that the coating be confined within the boundary 16, as this is mainly due to reasons of economy of coating material.
This coating material, if its composition is suitable, for example if it consists of an epoxy resin, can replace the inserted insulation, commonly used to coat the grooves of the stator. Thus, in the present case, it is necessary to mask the stator so as to leave exposed only the annular parts of the front surfaces of the stator, as well as the walls of the grooves.
With the apparatus which will be described, the sheets are loosely assembled into a stack, and then are temporarily clamped together. The thus tight stack is coated locally with a synthetic resin so that a coating of an insulating material is formed on at least part of the annular end faces of the assembly and on the internal surfaces of the rolling grooves. .
Coating of the central bore of the stack is avoided, since in the finished motor it is highly desirable that the clearance between the adjacent magnetic surfaces of the rotor and stator be minimized, and a coating thereon. Center bore of the stack would further reduce this clearance. The same coating is used to hold the plates together, eliminating the need for conventional bolts or rivets.
The apparatus comprises a support for a worktable 20, below which is a tank 21 having walls 22 which can be folded up in the vertical direction. At the bottom of the reservoir is an air chamber 23, separated from the reservoir by an air-permeable <I> separator 24, consisting for example of a porous ceramic material.
The reservoir is intended to receive a coating material, such as a resin, in pulverulent form, and the pulverulent resin is fluidized by a gas admitted into the air chamber 23 through an orifice 25. An epoxy resin. is a preferred material, although powdered thermoplastic material can also be used.
The structure which forms the base of the reservoir, comprising the air chamber 23 and the separator 24, is movable vertically. For this purpose, the base is mounted on the pis ton 26 of a pneumatic cylinder 27, fixed to the frame of the apparatus. The vertical movement of the base of the tank is allowed by the accordion movement of the walls 22.
The work table has a circular opening 29, above the reservoir 21, and this opening is around an annular base member 30. An upper base member 31, also of annular shape, adapts to the 'base member 30 and can rotate on it, thanks to an annular bearing 32. The two members 30 and 31 of the base are held together by a retaining member 33 and are made impermeable to powder leakage by a seal 34.
A semi-rotary vibratory movement of the upper base member 31 can be effected by means of a reciprocating air motor 35, which is fixed to the worktable and which is coupled to an arm 36 of the. organ 30.
The sheets intended to form a motor stator are assembled, with their openings exactly facing each other, and are placed in the machine, held in place by a temporary clamp. This clamp comprises an upper ring 37 and a lower ring 38, between which extends a series of bolts 39 which serve both to hold the stacked sheets facing each other and to tighten them to each other. These end rings also serve to mask the outer peripheral edges of the outer annular faces of the front plates of the stack, as shown in FIG. 5.
The upper base member 31 has an internal rim 41 on which is fixed a positioning sleeve 42. The latter passes with little play inside the ring 38. This determines the position of the stack of pressed sheets. and masks part of the lower surface. The upper surface of the member is recessed to receive a sealing ring 43. The latter is made of a porous material, for example polyurethane foam, and air is supplied to the lower face of the seal through a pipe. 'inlet 44, passage 45 and annular channel 46. The inner edge of member 28 is knurled at 46.
A removable cylindrical screen 48 rests on the sealing ring 43, fitting inside the upper edge of the member 31.
A chamber and bore mask assembly 51 is mounted above the worktable, so as to be able to be driven in a vertical reciprocating movement by means of a pneumatic cylinder 50. This assembly is carried by the piston 52 of the cylinder 50. This assembly is essentially an inverted form of the upper base member 31 and comprises an annular member 53 with a central sleeve 54 fixed to a flange 55. The member 53 is shaped so as to receive the member. seal ring 56, and air can be admitted through a port 57. Further, this assembly includes a bore mask, which is shown schematically at 58.
This mask consists of an internal support member such as a sleeve, the outer surface of which is generally cylindrical in shape, and to which is hermetically sealed at its ends a cylindrical sleeve made of a flexible material. A heat-resistant material, such as neoprene, is suitable. This construction defines a closed annular air space, into which air can be admitted, in order to inflate the flexible sleeve. Preferably, air can circulate in the annular space to provide cooling, in addition to swelling. When the sleeve is not inflated in this manner, the mask assembly can be easily inserted into the bore of the stator.
When inflated, it presses strongly against the surface of the bore. The advantages of such a provision are noted in the above discussion. In the operating <I> cycle </I>, the stator sheets are first of all stacked and arranged opposite each other, then clamped together. The sheets are heated to a temperature which largely depends on the nature of the resin used. The tight stack 60 is placed in position on the sleeve 42, where its position is determined by the top edge of the sleeve which fits into the ring 38.
The actuator 50 is then operated, and the chamber and bore mask assembly descends until it engages with the cap. The bore mask 55 penetrates into the central opening of the stack of sheets and a sealed engagement is ensured between the cylindrical screen 48 and the two annular seals 43 and 56, in the positions shown in FIG. 5. An air chamber 59 is then formed, defined by the cylindrical screen 48, the members 31 and 53 and the sleeves 42 and 54.
Then pressurized air is admitted into the <B> the </B> mask, for example by means of a fitting 63, in order to inflate the mask sufficiently to bring it into close engagement with the surface of the mask. stator bore, and air is admitted into air chamber 59. This air can escape through the small clearances at 61 and 62, between the stator stack 60 and the edges of the sleeves 42 and 54 .
It is advisable to knurl or emboss these edges of the sleeves, so that the desired air flow can be obtained. During this time, the level of the pulverulent resin in the tank 21, kept fluidized by a fluidizing gas admitted through the orifice 25, is raised by the rise of the base of the tank or caused by the pneumatic cylinder 27. The resin flows dified in the reservoir rises through the grooves of the stator, and above the upper surface of the stator 60.
In this way, some of the surfaces of the stack are in contact with the powder, including the grooves in the core and the internal peripheries of the top and bottom surfaces. The bore is masked by <B> the </B> mask 58 and the outer peripheries of the upper and lower surfaces are masked by the sleeves 42 and 54.
The base of the reservoir is then moved downwards so that the level of the fluidized powder falls again below the level of the worktable, and the vibrator 35 drops off the excess powder which may have settled on it. the upper surface of the stator.
The heated stator is thus coated with pulverulent resin which, after additional heating which may be necessary to transform it into a continuous coating and to complete the hardening, serves both to keep the sheets fixed to each other and to constitute insulation. covering the stator winding grooves, eliminating any further insulation between the windings and the stator core.
It may be necessary or desirable to bring the insulating coating of the stator to a desired thickness by carrying out repeated coating operations. During the coating operation, the build-up of residual coating material at the junctions of the stator with the sleeves 42 and 54 is avoided by the air admitted at 57, which circulates through the clearances 61 and 62 by removing the excess of powder coating the immediate vicinity of these junctions.
The vibration of the base assembly, caused by the vibrator 35, also tends to prevent a build-up of powder, to an undesirable thickness, on all horizontal and exposed surfaces of the assembly, on which powder can. drop off.
By changing the sleeves 42 and 54 and the bore mask 58, it is easy to adapt the apparatus to sta tors of other dimensions or to articles of different shapes.
It can be seen that the method described allows the magnetic structures of motors and other electromagnetic devices to be assembled and isolated very efficiently.)