EP2842220A1 - Procédé d'enrobage d'un stator - Google Patents

Procédé d'enrobage d'un stator

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Publication number
EP2842220A1
EP2842220A1 EP13729439.3A EP13729439A EP2842220A1 EP 2842220 A1 EP2842220 A1 EP 2842220A1 EP 13729439 A EP13729439 A EP 13729439A EP 2842220 A1 EP2842220 A1 EP 2842220A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
envelope
stator
resin
expansion
mandrel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13729439.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien Porcher
Haikel GHERAIRI
Stéphane Dufau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moteurs Leroy Somer SA
Original Assignee
Moteurs Leroy Somer SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moteurs Leroy Somer SA filed Critical Moteurs Leroy Somer SA
Publication of EP2842220A1 publication Critical patent/EP2842220A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/10—Applying solid insulation to windings, stators or rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/44—Protection against moisture or chemical attack; Windings specially adapted for operation in liquid or gas

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of electrical machines and more particularly to stators.
  • the coating is distinguished from the impregnation by a step of filling the dead volume defined between a mandrel provisionally disposed in the central bore of the stator and an outer casing which can be defined by the stator housing, the carcass or otherwise.
  • the coating reduces heating of the machine by replacing the air present in the stator with resin, which is conductive heat, and thus increase the power of the machine.
  • the coating still allows, when the machine is a motor, to increase the maximum torque resistance of the engine.
  • the coating also contributes to improving the insulation quality of the stator, its resistance to environmental stresses and makes it possible to stiffen its structure.
  • the mandrel used is polyethylene.
  • the coating process comprises introducing the cold mandrel into the stator, and then the assembly is heated to expand the mandrel before the introduction of the resin. To unmold the stator, the latter is cooled; removal of the chuck to cooling generates the clearance required for demolding.
  • the mandrel carries resin residues after demolding, which requires a relatively long cleaning operation.
  • the mandrel having a machined outer surface, the surface condition of the resin is not smooth. The game being weak during the introduction of the mandrel, its implementation is difficult.
  • EP 0 321 82 discloses methods of coating stators.
  • GB 976 909 discloses methods of encapsulating stators.
  • US Pat. No. 4,015,154 discloses methods of manufacturing stators.
  • the aim of the invention is to further improve the processes for coating stators of electrical machines, in particular in order to reduce the duration of the operation and the material cost, and it achieves this through an electric machine stator coating process comprising the steps of:
  • stator introducing inside the stator a non-metallic, preferably elastically deformable, expansible envelope, in an unexpanded state,
  • the duration of the coating operation is considerably shortened.
  • the introduction of the envelope is also facilitated because a relatively large clearance can be provided at the time of introduction of the envelope in the stator.
  • Expansion of the envelope is preferably caused by an expansion tool disposed therein.
  • This expansion tool can be deformed by a mechanical action, for example a wedge effect.
  • the expansion tool is configured to transform a torque to an expansion of the envelope.
  • Such type of expansion tool is advantageous in that it allows compared to the double cone of US 2005/0074548 to better control the expansion and limit the game product. This prevents the formation of thin films of resin that can come off and affect the proper functioning of the electric machine.
  • This expansion tool may comprise a clamping screw and a mandrel interacting with two stops whose gap is modified by the clamping screw.
  • the approximation of the stops may be accompanied by a radial expansion of the mandrel, and therefore the envelope that surrounds it.
  • the mandrel may comprise interconnected sectors one in two at one end.
  • the stops may have respective conical surfaces converging towards each other.
  • the use of an envelope made of an elastically deformable synthetic material is preferred because it renders it insensitive to scratches or shocks and offers good control over the dimensions of the hardened resin block, thanks to the possibility of to control precisely its expansion; moreover it leads to a low rejection of consumable material and a very good surface quality.
  • the envelope comprises or is made of silicone, rubber or polyurethane.
  • the invention makes it possible, in particular by using an expansion tool as defined above, to obtain a coating of resin whose inner diameter has a low dispersion, controlled, for example less than or equal to 0.2 mm, the along the stator bore.
  • the reception volume of the resin, defined between the casing and the stator, is preferably closed lower by a shutter plate.
  • the method may comprise placing on the stator at least one plug closure of a son passage.
  • This closure cap like the shutter plate, can be made of the same material as the envelope, in particular an elastically deformable material such as silicone.
  • the blanking plug may have a slot or holes for the passage of the wires.
  • the outer surface of the casing advantageously has a roughness Ra (arithmetic mean difference) of less than or equal to 5 ⁇ , better still 3 ⁇ , the casing being preferably cast or compression.
  • the casing has come compression as far as it makes it easier to obtain a casing of low roughness.
  • Compression casing can be made by pressure crosslinking. Such a method advantageously makes it possible to reduce the cavities obtained on the surface of the envelope and thus to obtain the desired low roughness.
  • the resin is cast around the envelope, inside the stator, while the envelope is in an expanded state.
  • the resin is poured over the entire height of the stator.
  • At least one inscription can be made by molding on the resin, in particular by means of an embossed inscription present on a closure plate and / or the closure plug disposed at the passage of the wires to the box. terminals of the machine.
  • the envelope is advantageously first retracted and then removed after taking the resin.
  • Another subject of the invention is an installation for implementing the method according to the invention, this installation comprising:
  • an expandable non-metallic envelope preferably elastically deformable
  • an envelope expansion tool which may be metallic or not,
  • At least one closure plug of a wire passage opening of the winding to a terminal box of the machine Preferably, at least one closure plug of a wire passage opening of the winding to a terminal box of the machine.
  • the expansion tool is advantageously as defined above.
  • the invention further relates to an electric machine stator, comprising:
  • a central passage for the rotor defined by the teeth and by a resin coating, the roughness R a of the radially inner surface of the resin coating, between the teeth, being less than or equal to 5 ⁇ , better 3 ⁇ .
  • Such roughness is characteristic of the implementation of the method with a casing whose radially outer surface is smooth, in particular a casing coming pouring or compression.
  • the radially inner surface of the coating extends back from the teeth, therebetween. This is also characteristic of the use of an elastically deformable envelope which is pressed against the teeth before the introduction of the fluid resin into the stator.
  • the coating may comprise embossed inscriptions, especially at an axial end of the stator and the passage of the son to the terminal box. These inscriptions are advantageously made using the shutter plate and / or the closure cap as defined above.
  • FIG. 1 schematically represents, in partial axial section, an example of an electric machine stator intended to be coated with a resin
  • FIG. 2 is a view similar to FIG. 1, after expansion of the casing disposed in the central bore of the stator,
  • FIG. 3 illustrates the closure of the stator by a shutter plate and a blanking plug
  • FIG. 4 represents, in perspective, the shutter plate
  • FIG. 5 represents, in axial section, a detail of embodiment of the shutter plate
  • FIG. 6 is an exploded view of the envelope and the tool used to cause it to expand inside the stator
  • FIGS. 7 and 8 are perspective views, in different viewing directions, of the blanking plug
  • FIG. 9 is a side view of the closure cap of FIGS. 7 and 8;
  • FIG. 10 is a section along X-X of FIG. 9;
  • FIG. 11 schematically and partially shows the central bore of the stator, after coating, and
  • FIGS. 1 and 2 show a stator 10 of an electric machine, comprising a magnetic carcass 11 formed in the example in question by a stack of magnetic sheets. These sheets are for example cut separately and superimposed or cut in the form of interconnected sectors and then wound around an axis to form the carcass.
  • the carcass 11 has teeth directed towards the air gap, defining between them the notches receiving the winding of the machine, not visible.
  • the winding is for example concentrated or distributed.
  • the carcass 11 is disposed in a housing 12, for example come from aluminum foundry. This housing 12 can externally receive a terminal box, not shown, which is used for connecting the son of the winding with an electronic module or a power cable.
  • a shutter plate 20 is disposed under the stator, as illustrated in FIG. 3, to close it below.
  • a blanking plug 30 is also disposed on the housing 12 to close a lateral opening for passage of the winding wires to the terminal box, while allowing a bundle of wires to pass through.
  • the housing 12 may have, at its lower end, an annular rib 16 and the closure plate 20 a corresponding annular groove 22, arranged to engage in the rib 16, as shown in Figure 3.
  • the shutter plate 20 is for example made of an elastomeric material, such as a silicone. Embossed inscription 24 and inverted writing can be performed on the upper face of the plate 20, so as to make a corresponding inscription, recessed, on the resin cast inside the stator.
  • the shutter plate has a slope 90 towards the rib which delimits radially inwards the groove 22, preferably between 20 and 30 °, for example 25 °, to facilitate demolding and prevent premature wear at the risk of leaving a piece of the plate to each stator and thus to ensure its function in very few casts.
  • the shutter plate 20 may include a location for entering a manufacturing date of the plate, this hole 26 being for example located diametrically opposite to the inscription 24.
  • An elastically deformable envelope 40 also called skin, is disposed in the central passage of the stator, this envelope 40 being mounted on an expansion tool 50, shown in isolation in FIG.
  • the envelope 40 is for example, as illustrated, of substantially constant thickness over its entire height and is closed at its lower end by a bottom 41.
  • the outer lateral surface of the envelope 40 is cylindrical of revolution, of axis confused with the axis of rotation of the machine, diameter of rest d less than diameter D of the central bore of the magnetic carcass 11 of the stator.
  • the coating has a variable thickness.
  • the radial clearance j existing with the carcass 11, namely (D-d) / 2, is for example greater than or equal to 1 mm, better to 1.5 mm, or even 4 or 5 mm.
  • the clearance j represents, for example at least 1.5 10 "3 d.
  • the thickness of the envelope 40, in its cylindrical portion, is for example between 2 and 20 mm, being constant or variable.
  • the envelope 40 is preferably made of silicone, rubber or polyurethane.
  • the expansion tool 50 comprises a mandrel 51, also called bushing, for example made of PTFE, having longitudinal slots 52 defining sectors 53 which are connected one at two at one end. Thus, a given sector 53 is connected to one of the adjacent sectors by its upper end and to the other adjacent sector by its lower end. Holes 54 may be formed at the end of the slots 52 to avoid creating tearing primers, when spacing sectors 53. Each slot 52 extends from hole 54 to the opposite edge of the mandrel.
  • the number of sectors is preferably greater than or equal to 2. The number of sectors is defined according to the elasticity of the mandrel being sought and the coefficient of expansion and the nature of the envelope.
  • the mandrel is made of metal.
  • the tool 50 comprises two movable stops 55 and 56, having conical surfaces converging towards one another.
  • the mandrel 51 is made with an inner profile adapted to cooperate with the stops 55 and 56.
  • the mandrel 51 can thus be made with on its inner surface slopes of the same conicity as the stops 55 and 56, as shown in Figure 1.
  • a screw 58 connects the stops 55 and 56 and allows to bring them closer or away in the direction in which is turned a key 59 to be rotated by an operator.
  • the key actuates a nut engaged on the screw 58, secured to the upper stop. Washers ensure the axial immobilization of the lower stop 55 relative to the screw 58 and limit the downward stroke of the upper stop 56.
  • the closure cap 30 is preferably molded of silicone (but may also be in the same ranges of materials as previously described), and comprises a base 31 extended by a tip 32 for engaging in a corresponding opening of the housing 12.
  • the tip 32 has a slot 37 for the passage of the son of the winding. This slot 37 opens at its ends on holes 38 which avoid creating a tear initiation.
  • the tip 32 may have recesses 33 on either side of the slot
  • the tip 32 may also comprise, as illustrated, on its radially inner face, an inscription 34 in relief, in negative writing, intended to reveal a positive write information during demolding.
  • the abutments 55 and 56 are then brought together to expand the envelope 40 radially outwards, under the effect of the radial expansion of the mandrel 51.
  • the sectors 53 each exert a thrust directed radially outwards on the envelope 40.
  • the envelope 40 is pressed against the radially inner surface of the teeth 71 of the carcass 11, visible in FIG. 11, and slightly compressed against the latter.
  • the resin is cast while the stator has been preheated.
  • the heating of the stator, the casing 40 and the expansion tool further improves by thermal expansion the contact between the casing 40 and the teeth 71.
  • the heating of the stator can also improve the wettability of the winding by the resin.
  • a receiving volume of the resin is defined around the envelope 40, being closed lower by the shutter plate 20 and laterally by the sealing plug 30.
  • the outer surface of the envelope 40 has a roughness Ra less than or equal to 5 ⁇ , better 3 ⁇ , the envelope preferably being cast or compression.
  • the resin is hot cast, the stator being preferably placed in a vacuum chamber which facilitates the evacuation of the air bubbles contained in the resin.
  • the temperature of the resin is for example greater than or equal to 60 ° C.
  • the resin is for example a two-component epoxy resin.
  • the resin polymerizes and extends, after hardening, in the form of a coating 70 between the teeth 71 of the magnetic carcass 11, as can be seen in FIG. 11.
  • the operator acts on the screw 58 to move the stops 55 and 56 away and cause the mandrel 51 to retract.
  • the envelope 40 due to its elasticity, accompanies the retraction of the mandrel 51.
  • surface state of the resin in the central bore of the stator is smooth, with a roughness Ra less than or equal to 5, better 3 ⁇ , for example close to 2 ⁇ (microns).
  • the surface of the resin is devoid of machining traces, unlike the surface obtained during the use of a machined metal or plastic mandrel, in contact with which the resin is cast.
  • the surface of the resin, between the teeth 71, is radially slightly recessed from the teeth 71, preferably more than 1 mm, or even 1.5 mm, for example of the order of 1.8 mm. This is due to the deformability of the casing 40 which could be compressed against the teeth 71 by the mandrel 51, while penetrating slightly into the notches formed between the teeth 71, normally without touching the winding unless this is desired.
  • the invention is not limited to the illustrated example.
  • the displacement of the stops that act on the mandrel may be caused by an actuator other than a screw, for example a pneumatic or hydraulic cylinder.
  • the envelope may also be subjected to the pressure of a gas or a liquid, contained for example in a bladder disposed inside the mandrel or directly in contact with the envelope.
  • the casing can still be subjected directly to the pressure of a gas or a liquid, but this makes it more difficult to control its expansion and generates a risk that the casing contacts the winding, which is not desired.
  • the envelope may also be subjected to the thermal expansion force of a mandrel, metal or not, provided with a heating circuit or cooling of its own.
  • the expansion tool comprises a coil traversed by a gas or a cooling or heating liquid, this coil being disposed within a mandrel comprising a block of material molded with the envelope or on which the envelope is reported.
  • the coil provides rapid cooling and shrinking of the jacket.
  • FIG. 12 there is shown in Figure 12 an expansion tool variant having a body 81, for example aluminum, traversed by a coil 82 in which a fluid circulates, so as to be able to undergo rapid cooling .
  • the envelope 40 is disposed around the body 81.
  • the body 81 can expand under the effect of heat and cause the expansion of the envelope 40.
  • the body 81 can be rapidly cooled by the coil, which causes a decrease in its diameter and allows demolding.
  • the stator comprises a magnetic housing without a housing.
  • the phrase "with one” is synonymous with “having at least one”.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'enrobage d'un stator (10) de machine électrique, comportant les étapes consistant à: -introduire à l'intérieur du stator une enveloppe expansible non métallique (40), de préférence élastiquement déformable, dans un état non expansé, -provoquer l'expansion de l'enveloppe (40), -couler une résine autour de l'enveloppe, à l'intérieur du stator, -rétracter et enlever l'enveloppe (40) après prise de la résine.

Description

Procédé d'enrobage d'un stator
La présente invention concerne la fabrication de machines électriques et plus particulièrement des stators.
Il est connu d'imprégner le stator d'une résine. Celle-ci est appliquée sur la carcasse magnétique et le bobinage sous forme d'un revêtement.
L'enrobage se distingue de l'imprégnation par une étape de remplissage du volume mort défini entre un mandrin disposé provisoirement dans l'alésage central du stator et une enveloppe extérieure qui peut être définie par le carter du stator, la carcasse ou autrement.
L'enrobage permet de réduire réchauffement de la machine en remplaçant l'air présent dans le stator par de la résine, qui est conductrice de la chaleur, et ainsi d'augmenter la puissance massique de la machine. L'enrobage permet encore, lorsque la machine est un moteur, d'accroître la tenue au couple maximum du moteur. L'enrobage contribue également à améliorer la qualité d'isolation du stator, sa résistance aux contraintes environnementales et permet de rigidifïer sa structure.
Actuellement, le mandrin utilisé est en polyéthylène. Le procédé d'enrobage comporte l'introduction du mandrin à froid dans le stator, puis l'ensemble est chauffé de façon à dilater le mandrin avant l'introduction de la résine. Pour démouler le stator, ce dernier est refroidi ; le retrait du mandrin au refroidissement génère le jeu nécessaire au démoulage. Le mandrin porte des résidus de résine après démoulage, ce qui nécessite une opération de nettoyage relativement longue. De plus, le mandrin ayant une surface externe usinée, l'état de surface de la résine n'est pas lisse. Le jeu étant faible lors de l'introduction du mandrin, sa mise en place est délicate.
On connaît la demande US 2005/0074548 qui décrit des procédés d'encapsulation de moteurs électriques. Cette demande décrit l'utilisation d'un double cône pour réaliser l'expansion d'une enveloppe. Toutefois, ce type de procédé peut ne pas permettre de maîtriser de manière satisfaisante l'expansion, conduire à l'apparition de jeux ainsi qu'à une usure prématurée de l'enveloppe.
On connaît la demande EP 0 321 82 qui décrit des procédés de revêtement de stators.
On connaît le brevet GB 976 909 qui décrit des procédés d'encapsulation de stators. On connaît le brevet US 4 015 154 qui décrit des procédés de fabrication de stators.
On connaît encore le brevet US 1 875 206 qui décrit des stators revêtus d'une couche de verre.
L'invention vise à perfectionner encore les procédés d'enrobage de stators de machines électriques, notamment afin de réduire la durée de l'opération et le coût matière, et elle y parvient grâce à un procédé d'enrobage de stator de machine électrique comportant les étapes consistant à :
- introduire à l'intérieur du stator une enveloppe expansible non métallique, de préférence élastiquement déformable, dans un état non expansé,
- provoquer l'expansion de l'enveloppe,
- couler une résine autour de l'enveloppe, à l'intérieur du stator,
- rétracter et enlever l'enveloppe après prise de la résine.
Par « état non expansé » il faut comprendre un état moins expansé que celui lors du coulage de la résine.
Grâce à l'invention, la durée de l'opération d'enrobage est considérablement raccourcie. La mise en place de l'enveloppe est également facilitée, car un jeu relativement important peut être ménagé au moment de l'introduction de l'enveloppe dans le stator.
L'expansion de l'enveloppe est de préférence provoquée par un outil d'expansion disposé à l'intérieur de celle-ci. Cet outil d'expansion peut se déformer par une action mécanique, par exemple un effet de coin.
De préférence, l'outil d'expansion est configuré pour transformer un couple de serrage en une expansion de l'enveloppe.
Un tel type d'outil d'expansion est avantageux dans la mesure où il permet par rapport au double cône de US 2005/0074548 de mieux maîtriser l'expansion et de limiter le jeu produit. Cela permet d'éviter la formation de fines pellicules de résine qui peuvent se détacher et nuire au bon fonctionnement de la machine électrique.
Cet outil d'expansion peut comporter une vis de serrage et un mandrin interagissant avec deux butées dont l'écart est modifié par la vis de serrage. Le rapprochement des butées peut s'accompagner d'une expansion radiale du mandrin, et donc de l'enveloppe qui l'entoure. Le mandrin peut comporter des secteurs reliés entre eux un sur deux à une extrémité. Les butées peuvent présenter des surfaces coniques respectives convergeant l'une vers l'autre.
L'utilisation d'une enveloppe en une matière synthétique élastiquement déformable est préférée, car elle rend celle-ci peu sensible aux rayures ou aux chocs et offre une bonne maîtrise des dimensions du bloc de résine d'enrobage ayant durci, grâce à la possibilité de contrôler précisément son expansion ; de plus elle conduit à un faible rejet de matière consommable et à une très bonne qualité de surface. De préférence, l'enveloppe comporte ou est en silicone, en caoutchouc ou polyuréthane.
L'invention permet, notamment en utilisant un outil d'expansion tel que défini ci-dessus, d'obtenir un enrobage de résine dont le diamètre intérieur présente une faible dispersion, maîtrisée, par exemple inférieure ou égale à 0,2 mm, le long de l'alésage du stator.
Le volume de réception de la résine, défini entre l'enveloppe et le stator, est de préférence fermé inférieurement par une platine d'obturation.
Le procédé peut comporter la mise en place sur le stator d'au moins un bouchon d'obturation d'un passage de fils. Ce bouchon d'obturation, comme la platine d'obturation, peut être réalisé dans la même matière que l'enveloppe, notamment en une matière élastiquement déformable telle que du silicone.
Le bouchon d'obturation peut comporter une fente ou des trous pour le passage des fils.
La surface extérieure de l'enveloppe présente avantageusement une rugosité Ra (écart moyen arithmétique) inférieure ou égale à 5 μηι, mieux à 3 μηι, l'enveloppe étant de préférence venue de coulage ou de compression.
De telles valeurs de rugosité permettent d'obtenir un stator de bonne qualité et de durée de vie augmentée, en empêchant notamment que de fines pellicules de résine ne se détachent lors du fonctionnement de la machine et endommagent cette dernière.
Il est, par ailleurs, avantageux que l'enveloppe soit venue de compression dans la mesure où cela permet d'obtenir plus facilement une enveloppe de faible rugosité.
Une enveloppe venue de compression peut être réalisée par réticulation sous pression. Un tel procédé permet avantageusement de réduire les cavités obtenues en surface de l'enveloppe et donc d'obtenir la faible rugosité recherchée. Dans le procédé selon l'invention, la résine est coulée autour de l'enveloppe, à l'intérieur du stator, alors que l'enveloppe est dans un état expansé.
Avantageusement, la résine est coulée sur toute la hauteur du stator.
Au moins une inscription peut être réalisée par moulage sur la résine, notamment à l'aide d'une inscription en relief présente sur une platine d'obturation et/ou le bouchon d'obturation disposé au niveau du passage des fïls vers la boîte à bornes de la machine. L'enveloppe est avantageusement d'abord retractée puis enlevée après prise de la résine.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, cette installation comportant :
- une enveloppe expansible non métallique, de préférence élastiquement déformable,
- un outil d'expansion de l'enveloppe, qui peut être métallique ou non,
- de préférence une platine d'obturation du stator à une extrémité, et
- de préférence, au moins un bouchon d'obturation d'une ouverture de passage de fils du bobinage vers une boîte à bornes de la machine.
L'outil d'expansion est avantageusement tel que défini plus haut. L'invention a encore pour objet un stator de machine électrique, comportant :
- une carcasse magnétique comportant des dents séparées par des encoches,
- un bobinage disposé dans les encoches de la carcasse magnétique,
- un passage central pour le rotor, défini par les dents et par un enrobage de résine, la rugosité Ra de la surface radialement intérieure de l'enrobage de résine, entre les dents, étant inférieure ou égale à 5 μιτι, mieux à 3 μιη.
Une telle rugosité est caractéristique de la mise en œuvre du procédé avec une enveloppe dont la surface radialement extérieure est lisse, notamment une enveloppe venue de coulage ou de compression.
De préférence, la surface radialement intérieure de l'enrobage s'étend en retrait des dents, entre celles-ci. Ceci est caractéristique également de l'utilisation d'une enveloppe élastiquement déformable qui est plaquée contre les dents avant l'introduction de la résine fluide dans le stator.
L'enrobage peut comporter des inscriptions en relief, notamment au niveau d'une extrémité axiale du stator et du passage des fils vers la boîte à bornes. Ces inscriptions sont avantageusement réalisées à l'aide de la platine d'obturation et/ou du bouchon d'obturation tels que définis plus haut.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente de façon schématique, en coupe axiale partielle, un exemple de stator de machine électrique destiné à être enrobé par une résine,
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, après expansion de l'enveloppe disposée dans l'alésage central du stator,
- la figure 3 illustre la fermeture du stator par une platine d'obturation et un bouchon d'obturation,
- la figure 4 représente isolément, en perspective, la platine d'obturation,
- la figure 5 représente, en coupe axiale, un détail de réalisation de la platine d'obturation,
- la figure 6 est une vue éclatée de l'enveloppe et de l'outil utilisé pour provoquer son expansion à l'intérieur du stator,
- les figures 7 et 8 sont des vues en perspective, selon des directions d'observation différentes, du bouchon d'obturation,
- la figure 9 est une vue de côté du bouchon d'obturation des figures 7 et 8, - la figure 10 est une section selon X-X de la figure 9,
- la figure 11 représente, de façon schématique et partielle, l'alésage central du stator, après enrobage, et
- la figure 12 représente une variante de réalisation d'outil d'expansion.
On a représenté sur les figures 1 et 2 un stator 10 de machine électrique, comportant une carcasse magnétique 11 formée dans l'exemple considéré par un empilage de tôles magnétiques. Ces tôles sont par exemple découpées séparément et superposées ou découpées sous forme de secteurs reliés entre eux puis enroulés autour d'un axe pour former la carcasse.
La carcasse 11 comporte des dents dirigées vers l'entrefer, définissant entre elles les encoches recevant le bobinage de la machine, non apparent. Le bobinage est par exemple concentré ou distribué. La carcasse 11 est disposée dans un carter 12, par exemple venu de fonderie en aluminium. Ce carter 12 peut accueillir extérieurement une boîte à bornes, non représentée, qui sert au raccordement des fils du bobinage avec un module électronique ou un câble d'alimentation.
En vue de procéder à l'opération de coulage de la résine dans le stator, une platine d'obturation 20 est disposée sous le stator, comme illustré à la figure 3, pour le fermer inférieurement.
Un bouchon d'obturation 30 est également disposé sur le carter 12 pour fermer une ouverture latérale de passage des fils du bobinage vers la boîte à bornes, tout en laissant passer un faisceau de fils.
Le carter 12 peut présenter, à son extrémité inférieure, une nervure annulaire 16 et la platine d'obturation 20 une gorge annulaire 22 correspondante, agencée pour s'engager dans la nervure 16, comme illustré à la figure 3.
La platine d'obturation 20 est par exemple réalisée dans un matériau élastomère, tel qu'un silicone. Une inscription en relief 24 et en écriture inversée peut être réalisée sur la face supérieure de la platine 20, de façon réaliser une inscription correspondante, en creux, sur la résine coulée à l'intérieur du stator. De préférence, la platine d'obturation a une pente 90 vers la nervure qui délimite radialement vers l'intérieur la gorge 22, de préférence comprise entre 20 et 30°, par exemple de 25°, pour faciliter le démoulage et éviter une usure prématurée au risque de laisser un morceau de la platine à chaque stator et donc de plus assurer sa fonction en très peu de moulages.
La platine d'obturation 20 peut comporter un emplacement permettant d'inscrire une date de fabrication de la platine, ce trou 26 étant par exemple situé diamétralement à l'opposé de l'inscription 24.
Une enveloppe 40 élastiquement déformable, encore appelée peau, est disposée dans le passage central du stator, cette enveloppe 40 étant montée sur un outil d'expansion 50, représenté isolément à la figure 6.
L'enveloppe 40 est par exemple, comme illustré, d'épaisseur sensiblement constante sur toute sa hauteur et elle est fermée à son extrémité inférieure par un fond 41. La surface latérale extérieure de l'enveloppe 40 est cylindrique de révolution, d'axe confondu avec l'axe de rotation de la machine, de diamètre du repos d inférieur au diamètre D de l'alésage central de la carcasse magnétique 11 du stator. En variante, l'enrobage présente une épaisseur variable.
Le jeu radial j existant avec la carcasse 11, à savoir (D-d) / 2, est par exemple supérieur ou égal à 1 mm, mieux à 1,5 mm, voire à 4 ou 5 mm.
Pour un diamètre d, le jeu j représente par exemple au moins 1,5 10"3 d.
L'épaisseur de l'enveloppe 40, dans sa partie cylindrique, est par exemple comprise entre 2 et 20 mm, étant constante ou variable.
L'enveloppe 40 est de préférence réalisée en silicone, en caoutchouc ou en polyuréthane.
L'outil d'expansion 50 comporte un mandrin 51 , encore appelé douille, par exemple réalisé en PTFE, comportant des fentes longitudinales 52 définissant des secteurs 53 qui sont reliés un sur deux à une extrémité. Ainsi, un secteur donné 53 est relié à l'un des secteurs adjacents par son extrémité supérieure et à l'autre secteur adjacent par son extrémité inférieure. Des trous 54 peuvent être réalisés à l'extrémité des fentes 52 pour éviter de créer des amorces de déchirure, lors de l'écartement des secteurs 53. Chaque fente 52 s'étend du trou 54 jusqu'au bord opposé du mandrin. Le nombre de secteurs est de préférence supérieur ou égal à 2. Le nombre de secteurs est défini en fonction de l'élasticité du mandrin que l'on recherche et du coefficient d'expansion et de la nature de l'enveloppe.
En variante, le mandrin est réalisé en métal.
L'outil 50 comporte deux butées mobiles 55 et 56, ayant des surfaces coniques convergeant l'une vers l'autre.
Le mandrin 51 est réalisé avec un profil intérieur adapté à coopérer avec les butées 55 et 56. Le mandrin 51 peut ainsi être réalisé avec sur sa surface intérieure des pentes de même conicité que les butées 55 et 56, comme illustré à la figure 1.
Une vis 58 relie les butées 55 et 56 et permet de les rapprocher ou de les éloigner selon le sens dans lequel est tournée une clé 59 destinée à être entraînée en rotation par un opérateur. La clé actionne un écrou engagé sur la vis 58, solidaire de la butée supérieure. Des rondelles assurent l'immobilisation axiale de la butée inférieure 55 relativement à la vis 58 et limitent la course vers le bas de la butée supérieure 56.
Le bouchon d'obturation 30 est de préférence moulé en silicone (mais peut aussi être dans les mêmes gammes de matériaux que décrit précédemment), et comporte une embase 31 prolongée par un embout 32 destiné à s'engager dans une ouverture correspondante du carter 12. L'embout 32 comporte une fente 37 pour le passage des fils du bobinage. Cette fente 37 débouche à ses extrémités sur des trous 38 qui évitent de créer une amorce de déchirure.
L'embout 32 peut comporter des évidements 33 de part et d'autre de la fente
37. Ces évidements sont adaptés à la géométrie du carter et permettent de limiter la quantité de matière du bouchon.
L'embout 32 peut également comporter, comme illustré, sur sa face radialement intérieure, une inscription 34 en relief, en écriture négative, destinée à faire apparaître une information en écriture positive lors du démoulage.
Lorsque l'enveloppe 40, disposée sur le mandrin 51, est introduite à l'intérieur du stator, son diamètre extérieur d est nettement inférieur au diamètre D de l'alésage central de la carcasse magnétique 11, ce qui facilite la mise en place de l'enveloppe 40 sans l'endommager.
Les butées 55 et 56 sont ensuite rapprochées pour dilater l'enveloppe 40 radialement vers l'extérieur, sous l'effet de l'expansion radiale du mandrin 51. Les secteurs 53 exercent chacun une poussée dirigée radialement vers l'extérieur sur l'enveloppe 40.
L'enveloppe 40 est plaquée contre la surface radialement intérieure des dents 71 de la carcasse 11, visibles sur la figure 11, et légèrement comprimée contre ces dernières. De préférence, la résine est coulée alors que le stator a été préchauffé. Le chauffage du stator, de l'enveloppe 40 et de l'outil d'expansion améliore encore par dilation thermique le contact entre l'enveloppe 40 et les dents 71. Le chauffage du stator peut aussi améliorer la mouillabilité du bobinage par la résine.
Un volume de réception de la résine est défini autour de l'enveloppe 40, étant fermé inférieurement par la platine d'obturation 20 et latéralement par le bouchon d'obturation 30.
La surface extérieure de l'enveloppe 40 présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 5 μιη, mieux à 3 μηι, l'enveloppe étant de préférence venue de coulage ou de compression.
La résine est coulée à chaud, le stator étant de préférence placé dans une cloche à vide qui facilite l'évacuation des bulles d'air contenues dans la résine. La température de la résine est par exemple supérieure ou égale à 60°C. La résine est par exemple une résine époxy bi-composant.
La résine polymérise et s'étend, après durcissement, sous la forme d'un enrobage 70 entre les dents 71 de la carcasse magnétique 11, comme visible sur la figure 11.
Pour extraire l'enveloppe 40, l'opérateur agit sur la vis 58 pour éloigner les butées 55 et 56 et provoquer la rétraction du mandrin 51. L'enveloppe 40 accompagne, du fait de son élasticité, la rétraction du mandrin 51. L'état de surface de la résine dans l'alésage central du stator est lisse, avec une rugosité Ra inférieure ou égale à 5, mieux à 3 μηι, par exemple voisine de 2 μπι (microns). En particulier, la surface de la résine est dépourvue de traces d'usinage, contrairement à la surface obtenue lors de l'utilisation d'un mandrin métallique ou plastique usiné, au contact duquel la résine est coulée.
La surface de la résine, entre les dents 71 , se situe radialement légèrement en retrait des dents 71, de préférence de plus de 1 mm, voire de 1,5 mm, par exemple de l'ordre de 1,8 mm. Ceci est dû à la déformabilité de l'enveloppe 40 qui a pu être comprimée contre les dents 71 par le mandrin 51 , tout en pénétrant légèrement dans les encoches formées entre les dents 71 , normalement sans toucher le bobinage sauf si cela est recherché.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple illustré.
Ainsi, d'autres outils d'expansion que celui qui a été décrit peuvent être utilisés. Par exemple, le déplacement des butées qui agissent sur le mandrin peut être causé par un actionneur autre qu'une vis, par exemple un vérin pneumatique ou hydraulique. L'enveloppe peut encore être soumise à la pression d'un gaz ou d'un liquide, contenu par exemple dans une vessie disposée à l'intérieur du mandrin ou directement au contact de l'enveloppe. L'enveloppe peut encore être soumise directement à la pression d'un gaz ou d'un liquide, mais cela rend plus difficile de contrôler son expansion et génère un risque que l'enveloppe contacte le bobinage, ce qui n'est pas souhaité.
L'enveloppe peut encore être soumise à la force de dilation thermique d'un mandrin, métallique ou non, muni d'un circuit de chauffage ou de refroidissement qui lui est propre. Par exemple, l'outil d'expansion comporte un serpentin parcouru par un gaz ou un liquide de refroidissement ou de chauffage, ce serpentin étant disposé au sein d'un mandrin comportant un bloc de matière moulé avec l'enveloppe ou sur lequel l'enveloppe est rapportée. Le serpentin procure une capacité de refroidissement et de rétraction rapide de l'enveloppe.
A titre d'exemple, on a représenté à la figure 12 une variante d'outil d'expansion comportant un corps 81, par exemple en aluminium, parcouru par un serpentin 82 dans lequel circule un fluide, de façon à pouvoir subir un refroidissement rapide. L'enveloppe 40 est disposée autour du corps 81.
Ce dernier peut se dilater sous l'effet de la chaleur et provoquer l'expansion de l'enveloppe 40. Après durcissement de la résine, le corps 81 peut être refroidi rapidement grâce au serpentin, ce qui provoque une diminution de son diamètre et permet le démoulage.
Dans une variante, le stator comporte une carcasse magnétique sans carter. L'expression « comportant un(e) » est synonyme de « comportant au moins un(e) ».

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'enrobage d'un stator (10) de machine électrique, comportant les étapes consistant à :
- introduire à l'intérieur du stator (10) une enveloppe expansible non métallique (40), de préférence élastiquement déformable, dans un état non expansé,
- provoquer l'expansion de l'enveloppe (40),
- couler une résine autour de l'enveloppe (40), à l'intérieur du stator (10),
- rétracter et enlever l'enveloppe (40) après prise de la résine,
la surface extérieure de l'enveloppe (40) présentant une rugosité Ra inférieure ou égale à 5 μηι.
2. Procédé selon la revendication précédente, l'enveloppe (40) étant en une matière synthétique élastiquement déformable, de préférence l'enveloppe (40) comporte ou est en silicone, en caoutchouc ou polyuréthane..
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, l'expansion de l'enveloppe (40) étant provoquée par un outil d'expansion (50) disposé à l'intérieur de celle-ci.
4. Procédé selon la revendication précédente, l'outil d'expansion (50) étant configuré pour transformer un couple de serrage en une expansion de l'enveloppe (40).
5. Procédé selon la revendication 4, l'outil d'expansion (50) comportant une vis de serrage (58) et un mandrin (51) coopérant avec deux butées (55, 56) dont l'écart est modifié par la vis de serrage (58).
6. Procédé selon la revendication 5, le mandrin (51) comportant des secteurs (53) reliés entre eux un sur deux à une extrémité.
7. Procédé selon la revendication 3, l'outil d'expansion comportant un corps (81) parcouru par un serpentin (82) dans lequel circule un fluide.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, un volume de réception de la résine, défini entre l'enveloppe (40) et le stator (10), étant fermé inférieurement par une platine d'obturation (20).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant la mise en place sur le stator (10) d'au moins un bouchon (30) d'obturation d'un passage de fils.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la surface extérieure de l'enveloppe (40) présentant une rugosité Ra inférieure ou égale à 3 μηι.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'enveloppe (40) étant venue de compression.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, au moins une inscription étant réalisée par moulage sur la résine, notamment à l'aide d'une inscription en relief (24 ; 34) présente sur une platine d'obturation (20) ou un bouchon d'obturation (30) disposé au niveau d'un passage de fils vers une boîte à bornes de la machine.
13. Installation pour la mise en œuvre du procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, cette installation comportant :
- une enveloppe expansible non métallique (40), élastiquement déformable,
- un outil (50) d'expansion de l'enveloppe (40), de préférence un mandrin expansible tel que défini à la revendication 5 ou 6,
- de préférence, une platine (20) d'obturation du stator (10) à une extrémité,
- de préférence au moins un bouchon (30) d'obturation d'une ouverture de passage de fils du bobinage vers une boîte à bornes de la machine.
14. Stator (10) de machine électrique, notamment obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comportant :
- une carcasse magnétique (11) comportant des dents (71) séparées par des encoches,
- un bobinage disposé dans les encoches de la carcasse magnétique,
- un passage central pour le rotor, défini par les dents (71) et par un enrobage (70) de résine, la rugosité Ra de la surface radialement intérieure de la résine, entre les dents (71), étant inférieure ou égale à 5 μιη, mieux à 3 μιη.
15. Stator selon la revendication 14, la surface radialement intérieure de l'enrobage de résine (70) s'étendant en retrait des dents (71).
16. Stator selon la revendication 14 ou 15, la surface radialement intérieure de l'enrobage de résine (70) étant dépourvue de traces d'usinage.
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