EP3507482B1 - Ensemble de bobine - Google Patents

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EP3507482B1
EP3507482B1 EP17752157.2A EP17752157A EP3507482B1 EP 3507482 B1 EP3507482 B1 EP 3507482B1 EP 17752157 A EP17752157 A EP 17752157A EP 3507482 B1 EP3507482 B1 EP 3507482B1
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EP
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coil assembly
hole
section
blind hole
degassing
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EP17752157.2A
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Philippe Legrand
Bruno Bimbenet
Stéphanie LEFEVRE
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Borgwarner US Technologies LLC
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Delphi Technologies IP Ltd
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    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
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    • F02M2200/80—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injector and has in particular, but not exclusively, an application to fuel injectors intended to deliver fuel under pressure to a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Fuel injection systems for modern internal combustion engines, particularly compression ignition engines, comprise a plurality of fuel injectors arranged to emit an atomized jet of fuel at high pressure into a combustion chamber of the engine.
  • a fuel injector known to be used in such a system includes an injection needle.
  • the needle slides within the bore formed in a nozzle body and can cooperate with a seat to control the delivery of fuel through one or more outlet openings.
  • an actuator When, at the start of injection, an actuator is electrically supplied to effect the opening, which causes the displacement of an armature and a valve element, also called a valve stem by professionals.
  • the control rod is located in the low pressure chamber, the control rod then moves upwards against the action of an actuator coil spring.
  • the length of the spring is reduced and an oscillation propagates from turn to turn to then propagate on the control rod and the oscillation thus goes back and forth creating disturbances in the flow of fuel.
  • the propagation of the oscillation disturbs the movement of the reinforcement integral with the member of the control rod. Oscillations of the forces applied to close or open the control valve then occur. This problem is explained by a disturbed movement of the reinforcement caused by oscillations experienced by the spring.
  • WO2015 / 106866 A1 and FR3024499 A1 disclose injectors with a low pressure chamber comprising a control valve comprising an armature and a control rod.
  • top to bottom orientation bottom is chosen arbitrarily and, words and expressions such as "above, below, above, below, top, bottom " can be used without any intention of limiting the invention.
  • the injector 10 extends along a longitudinal axis X and comprises from bottom to top, in the conventional and non-limiting sense of the figures, a nozzle assembly 12 comprising a valve element 14 or commonly known as a needle 14 arranged in a body of nozzle 16, a control rod 34 arranged in a valve body 20, an actuator 22 arranged in an actuator body 24.
  • the needle 14 is arranged axially slidably in a longitudinal cylindrical bore 26 of the nozzle body between a closed position wherein the needle 14 contacts a nozzle body seat (not shown) and an open position where the needle 14 is moved away from the seat (not shown).
  • the injector 10 is provided with a fuel circulation circuit which makes it possible to supply high pressure fuel via a high pressure circuit from an inlet orifice arranged in a top part of the injector 10 to the holes d injection (not shown) arranged in a lower part of the injector 10.
  • the electromagnetic actuator 22 comprises a fixed electrical coil assembly 28, a movable magnetic armature 30 fixed and integral with a valve member 31 is commonly referred to as a control rod 34 moving towards the coil assembly 28 when the latter is electrically powered and an elastic device 32 permanently pushing the magnetic armature 30 towards a position remote from the coil assembly 28.
  • the coil assembly 28 comprises a cylindrical overmolding 42 and a coil sub-assembly 43 comprising two ends 36, a core 38 and a coil 40 wound around the core 38.
  • the two ends 36 extend along the main axis X towards an upper end of the sub-assembly 43.
  • the coil 40 is overmolded forming the cylindrical overmolding 42.
  • the coil 40 extends axially from a first transverse face 46 extending axially to a second surface 48.
  • the overmolded coil assembly 28 further comprises an axial blind hole 50 extending inwardly of the spool assembly 28 from a first end 51 to a second end 52.
  • the blind hole 50 is adapted to accommodate at least two springs 54,56 for biasing the magnetic armature 30.
  • the coil assembly 28 is further provided with a degassing hole 58 passing through the overmolding 42 from the end. axial blind hole 50 to an axial external cylindrical surface 60.
  • the degassing hole 58 has a restriction arranged in a first section 62 proximal to the axial blind hole 50.
  • the restriction is a reduction in the diameter of the hole as placed in the fluid passage. in motion, it limits its flow rate or modifies the pressure in the first portion 62 of the degassing hole.
  • the restriction also produces the necessary pressure drops of the pressurized fluid in a leakage return circuit 61.
  • the degassing hole 58 has a first section 62 having a first diameter D62, a first length L62 with the following characteristics: 1 ⁇ L62 / D62 ⁇ 8, preferably 6. The choice of these dimensions makes it possible to completely reduce the return waves of the fluid in the axial blind hole 50.
  • the blind hole 50 extends along the longitudinal axis X.
  • the blind hole 50 has a first diameter D50a and a second diameter D50b.
  • the first diameter D50a is the mean value of the diameter of the hole 50.
  • the second diameter D50b is smaller than the first mean diameter D50a of the hole.
  • the elastic device 32 comprises two helical springs 54, 56 separated by a separator member 66 or pin 66.
  • the elastic device 66 may comprise a single spring 54, 56.
  • the elastic device 32 is arranged in the axial blind hole 50. According to figure 1 , the first spring 54 is compressed between a first face 68 of the pin 66 and the second end 52 of the hole. The second spring 56 is compressed between the second face 69 of the pin and the electrical armature 30.
  • the calibrated degassing hole 58 is thus provided in the magnetic part (38).
  • the degassing hole 58 can be produced by laser technology or by any other means.
  • the shape of the degassing hole 58 may be round, square or conical or any other shape.
  • injector 10 As described in section figure 1 , when the actuator 22 is electrically supplied, the two springs 54, 56 of the actuator are compressed by the pressure applied by the armature 30, and the pressure in the blind axial hole 50 increases. During the opening phase of the control rod 34, the lengths of the springs 54, 56 are reduced so that the volume of the axial hole 50 is reduced so that the pressure increases. The armature 30, moving upwards, pushes the fluid into the axial blind hole 50 and the wave created in the fluid moves downwards towards the armature 30. The wave created in the fluid then disturbs the rod. control 34.
  • the overpressure in the axial hole 50 is removed by the degassing hole 58 which is fluid communication with the axial blind hole 50 by the first section 62 of the degassing hole and by the second section 64 arranged in the extension of the first section 62 and included between the first section 62 and a low pressure zone which communicates with the leakage return circuit 61 .

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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne un injecteur de carburant et présente en particulier, mais non exclusivement une application à des injecteurs de carburant destinés à délivrer du carburant sous pression à une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne.
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.
  • Des systèmes d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne moderne, en particulier les moteurs à allumage par compression, comprennent une pluralité d'injecteurs de carburant agencés pour émettre un jet atomisé de carburant à haute pression dans une chambre de combustion du moteur.
  • Un injecteur de carburant connu pour être utilisé dans un tel système. Il comprend une aiguille d'injection. L'aiguille est glissante à l'intérieur de l'alésage formé dans un corps de buse et pouvant coopérer avec un siège pour commander la distribution de carburant à travers une ou plusieurs ouvertures de sortie.
  • Lorsqu'au début de l'injection, un actionneur est alimenté électriquement pour réaliser l'ouverture, ce qui entraine le déplacement d'une armature et un élément de soupape, également appelé tige de vanne par les professionnels. La tige de commande est située dans la chambre à basse pression, la tige de commande se déplace alors vers le haut contre l'action d'un ressort de bobine de l'actionneur. A ce stade, la longueur du ressort est réduite et une oscillation se propage de spire en spire pour ensuite se propager sur la tige de commande et l'oscillation fait ainsi des allers retours créant des perturbations du flux de carburant. La propagation de l'oscillation vient perturber le déplacement de l'armature solidaire de l'organe de la tige de commande. Il se produit alors des oscillations sur les forces appliquées pour fermer ou ouvrir la soupape de commande. Ce problème s'explique par un déplacement perturbé de l'armature causé par des oscillations subies par le ressort. De plus ce problème sera résolu par la présente invention, qui va être décrite plus loin. WO2015/106866 A1 et FR3024499 A1 divulguent des injecteurs avec une chambre basse pression comprenant une soupape de commande comprenant une armature et une tige de commande.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • La présente invention vise à résoudre le problème de déplacement de l'armature causé par les oscillations subies par le ressort. L'invention consiste en un ensemble de bobine d'un actionneur électromagnétique adapté pour être dans un injecteur de carburant. L'ensemble de bobine comprend un noyau magnétique s'étendant le long d'un axe principal, une bobinage enroulé autour du noyau, le bobinage étant surmoulé formant un surmoulage cylindrique et s'étendant axialement à partir d'une première face transverse jusqu'à une seconde surface 48. L'ensemble de bobine surmoulé comprend de plus un trou borgne axial s'étendant vers l'intérieur de l'ensemble de bobine à partir de la première surface à une extrémité distale. Le trou borgne est adapté pour loger au moins un ressort afin de solliciter une armature magnétique. L'ensemble de bobine est en outre muni d'un trou de dégazage traversant le noyau et le surmoulage à partir du trou axial borgne jusqu'à une surface cylindrique externe axiale. Le trou de dégazage est ménagé dans le noyau magnétique. Le trou de dégazage présente une restriction agencée dans un premier tronçon proximal du trou axial borgne. Le premier tronçon présente un premier diamètre D62, une première longueur L62 avec pour caractéristiques :
    1 <L62/D62 < 8, de préférence 6. Le trou de dégazage présente un deuxième tronçon avec un deuxième diamètre D64 à une extrémité proximale d'un circuit de retour et une deuxième longueur L64:
    • 0,06<D62/D64 < 0,02, de préférence D62/D64 = 0,04
    • 0,2<L62/L64<0,3, de préférence L62/L64 = 0,15.
    Le trou de dégazage est disposé proximale à l'extrémité distale du trou borgne axial.
    Le trou de dégazage est proximal à la première face du bobinage.
    De plus un diamètre D50b du trou borgne est inférieur à un diamètre moyen D50a du trou borgne axial dans lequel communique le premier tronçon du trou de dégazage calibré.
  • Le trou de dégazage fait un angle avec l'axe principal compris entre 80 degrés et 120 degrés. L'angle peut être de 90 °.
    De plus un actionneur de l'injecteur de carburant comprend l'ensemble de bobine telle que décrit précédemment. En outre un injecteur de carburant comprend l'actionneur telle que décrit précédemment.
    Un procédé de fabrication de procédé d'un ensemble de bobine telle que décrit précédemment comprend les étapes suivantes:
    • enroulement du fil électrique sur un sous-ensemble puis;
    • enroulement du fil à une extrémité des bornes, puis;
    • mise en place des cabochons sur l'extrémité inférieure des bornes et soudage des cabochons puis;
    • surmoulage de l'ensemble de bobine et ensuite;
    • réaliser le premier tronçon du trou de dégazage dans le noyau magnétique puis ;
    • réaliser le deuxième tronçon du trou de dégazage dans le surmoulage de l'ensemble de bobine.
    Le trou de dégazage peut être réalisé par l'utilisation d'une pièce rapportée au cours du surmoulage du fil. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif:
    • Figure 1 est une coupe partielle d'un injecteur
    • Figure 2 est une vue isométrique d'un sous ensemble de bobine.
    • Figure 3 est une vue isométrique d'un ensemble de bobine
    • Figure 4 est une coupe du trou de dégazage
    DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS
  • Pour faciliter et clarifier la description qui suit, l'orientation de haut en bas est choisi arbitrairement et, les mots et expressions tels que "ci-dessus, dessous, dessus, dessous, haut, bas ..." peuvent être utilisés sans aucune intention de limiter l'invention.
  • L'injecteur 10 s'étend selon un axe longitudinal X et comprend de bas en haut, selon le sens conventionnel et non limitatif des figures, un ensemble de buse 12 comprenant un élément de vanne 14 ou communément appelé aiguille 14 agencée dans un corps de buse 16, une tige de commande 34 agencé dans un corps de vanne 20, un actionneur 22 agencé dans un corps d'actionneur 24. L'aiguille 14 est agencée axialement coulissante dans un alésage 26 cylindrique longitudinal du corps de buse entre une position fermée dans laquelle l'aiguille 14 est en contact avec un siège de corps de buse (non représenté) et une position ouverte où l'aiguille 14 est écarté du siège (non représenté).
  • Comme décrit dans la figure 1, l'injecteur 10 est pourvu d'un circuit de circulation de carburant qui permet d'amener du carburant haute pression via un circuit haute pression depuis un orifice d'entrée agencé dans une partie haute de l'injecteur 10 jusqu'aux trous d'injection (non représentés) agencés dans une partie basse de l'injecteur 10.
  • Un premier mode de réalisation est maintenant décrit en référence aux figures 1, 2 et 3. L'actionneur électromagnétique 22 comprend un ensemble de bobine 28 électrique fixe, une armature magnétique mobile 30 fixé et solidaire d'un élément de soupape 31 est appelé communément tige de commande 34 se déplaçant vers l'ensemble de bobine 28 lorsque celle-ci est électriquement alimentée et un dispositif élastique 32 repoussant en permanence l'armature magnétique 30 vers une position éloignée de l'ensemble de bobine 28. L'ensemble de bobine 28 comprend un surmoulage cylindrique 42 et un sous ensemble de bobine 43 comprenant deux extrémités 36, un noyau 38 et un bobinage 40 enroulé autour du noyau 38. Les deux extrémités 36 s'étendent le long de l'axe principal X vers une extrémité supérieure du sous ensemble 43. Le bobinage 40 est surmoulé formant le surmoulage cylindrique 42. Le bobinage 40 s'étend axialement à partir d'une première face transverse 46 se prolongeant axialement jusqu'à une seconde surface 48. L'ensemble de bobine surmoulé 28 comprend de plus un trou borgne axial 50 s'étendant vers l'intérieur de l'ensemble de bobine 28 à partir d'une première extrémité 51 à une deuxième extrémité 52. Le trou borgne 50 est adapté pour loger au moins deux ressorts 54,56 pour solliciter l'armature magnétique 30. L'ensemble de bobine 28 est en outre muni d'un trou de dégazage 58 traversant le surmoulage 42 à partir du trou axial borgne 50 à une surface cylindrique externe axiale 60. Le trou de dégazage 58 présente une restriction agencée dans un premier tronçon 62 proximal du trou axial borgne 50. La restriction est une réduction du diamètre du trou telle que placé dans le passage du fluide en mouvement il limite son débit ou modifie la pression dans la première portion 62 du trou de dégazage. La restriction produit également des pertes de charge nécessaires du fluide sous pression dans un circuit de retour de fuite 61.
  • Le trou de dégazage 58 présente un premier tronçon 62 ayant un premier diamètre D62, une première longueur L62 avec pour caractéristiques :
    1 <L62/D62 < 8, de préférence 6. Le choix de ces dimensions permet de réduire complétement les ondes de retour du fluide dans le trou borgne axial 50.
  • Le trou de dégazage 58 présente un deuxième tronçon 64 avec un deuxième diamètre D64 compris entre le premier tronçon 62 et la surface extérieure transverse 60 proximale du circuit de retour de fuite 61 et une deuxième longueur L64:
    • 0,06<D62/D64 < 0,02, de préférence D62/D64 = 0,04 ;
    • 0,2<L62/L64<0,3, de préférence L62/L64 = 0,15.
    De même le choix des dimensions des deux tronçons 62,64 permet un écoulement moins turbulent vers le circuit de retour de fuite 61. Le trou de dégazage 58 est disposé proximal à la deuxième extrémité 52 distale. Dans d'autres alternatives non représentées le trou de dégazage 58 peut être proximal à la première extrémité 51 du trou borgne. Le trou de dégazage 58 fait un angle de 90 ° avec l'axe principal X. Dans une alternative au mode de réalisation non représenté, le trou de dégazage 58 peut faire un angle compris entre 80 degrés et 120 degrés avec l'axe principal X.
  • Le trou borgne 50 s'étend le long de l'axe longitudinal X. le trou borgne 50 présente un premier diamètre D50a et un deuxième diamètre D50b. Le premier diamètre D50a est la valeur moyenne du diamètre du trou 50. Le deuxième diamètre D50b est inférieur au premier diamètre moyen D50a du trou.
  • Le dispositif élastique 32 comprend deux ressorts hélicoïdaux 54, 56 séparés par un membre séparateur 66 ou pion 66. Dans d'autres alternatives le dispositif élastique 66 peut comprendre un seul ressort 54, 56. Le dispositif élastique 32 est agencé dans le trou borgne axial 50. Selon la figure 1, le premier ressort 54 est comprimé entre une première face 68 du pion 66 et la deuxième extrémité 52 du trou. Le deuxième ressort 56 est comprimé entre la deuxième face 69 du pion et l'armature électrique 30.
  • Le procédé de fabrication de l'ensemble de bobine 28 comprend les étapes suivantes:
    • enroulement du fil électrique 44 sur un sous-ensemble 43 puis;
    • enroulement du fil 44 à une extrémité des bornes 36, puis;
    • mise en place des cabochons 74 sur l'extrémité inférieure des bornes 34 et le soudage des cabochons 74 puis;
    • Surmoulage de l'ensemble de bobine 28 et ensuite;
    • réaliser le premier tronçon 62 du trou de dégazage 58 dans le noyau magnétique 38 puis ;
    • réaliser le deuxième tronçon 64 du trou de dégazage dans le surmoulage 42 de l'ensemble de bobine 28.
  • Le trou de dégazage 58 calibré est ainsi ménagé dans la partie magnétique(38). Le trou de dégazage 58 peut être réalisé par technologie laser ou par tous autres moyens. La forme du trou de dégazage 58 peut être ronde, carrée ou conique ou tout autre formes.
  • Dans ce chapitre nous allons décrire le fonctionnement de l'injecteur 10. Comme décrit dans la figure 1, lorsque l'actionneur 22 est électriquement alimenté les deux ressorts 54, 56 de l'actionneur sont comprimés par la pression sollicitée par l'armature 30, ainsi que la pression dans le trou axial borgne 50 augmente. Au cours de la phase d'ouverture de la tige de commande 34, les longueurs des ressorts 54, 56 sont réduites de sorte que le volume du trou axial 50 est réduite de sorte que la pression augmente. L'armature 30, se déplaçant vers le haut, pousse le fluide dans le trou borgne axial 50 et l'onde créée dans le fluide se déplace vers le bas vers l'armature 30. L'onde créée dans le fluide perturbe alors la tige de commande 34. La surpression dans le trou axial 50 est supprimée par le trou de dégazage 58 qui est communication de fluide avec le trou borgne axial 50 par le premier tronçon 62 du trou de dégazage et par le deuxième tronçon 64 agencé dans le prolongement du premier tronçon 62 et compris entre le premier tronçon 62 et une zone de basse pression qui communique avec le circuit de retour de fuite 61.
  • Les références suivantes ont été utilisées dans la description :
    • 10
    injecteur
    12
    ensemble de buse
    14
    aiguille
    16
    corps de buse
    20
    corps de vanne
    22
    actionneur
    24
    corps d'actonneur
    26
    trou borgne
    28
    ensemble de bobine
    30
    armature
    31
    élément de soupape
    32
    dispositif élastique
    34
    tige de commande
    36
    extrémité
    38
    noyau
    40
    bobinage
    42
    surmoulage
    43
    sous ensemble de bobinage
    44
    fils de bobinage
    46
    premiere surface du bobinage
    48
    deuxième surface du bobinage
    50
    trou borgne axial
    51
    première extrémité
    52
    deuxieme extremité
    54
    premier ressort
    56
    deuxième ressort
    58
    trou de dégazage
    60
    surface extérieure transverse
    61
    circuit de retour
    62
    premier tronçon
    64
    deuxième tronçon
    66
    membre séparateur/pion
    68
    premiere face du pion
    69
    deuxième face du pion
    74
    cabochon
    X
    axe longitudinal

Claims (9)

  1. Ensemble de bobine (28) d'un actionneur électromagnétique (22) dans un injecteur de carburant (10), l'ensemble de bobine (28), comprenant :
    - Un noyau magnétique (38) s'étendant le long d'un axe principal (X),
    - Une bobinage (40) enroulé autour du noyau (38), le bobinage (40) étant surmoulé formant un surmoulage cylindrique (42), et s'étendant axialement à partir d'une première face transverse (46) jusqu'à une seconde surface (48), et
    - L'ensemble de bobine surmoulé (28) comprenant de plus un trou borgne axial (50) s'étendant vers l'intérieur de l'ensemble de bobine (28) à partir de la première surface (51) à une extrémité distale (52), le trou borgne (50) étant adapté pour loger au moins un ressort (54, 56) pour solliciter une armature magnétique (30); caractérisé en ce que l'ensemble de bobine (28) est en outre muni d'un trou de dégazage (58) traversant le noyau (38) et le surmoulage (42) à partir du trou axial borgne (50) jusqu'à une surface cylindrique externe axiale (60), le trou de dégazage (58) ménagé dans le noyau magnétique (38) et présentant une restriction agencée dans un premier tronçon (62) proximal du trou axial borgne (50) et dans lequel le premier tronçon (62) présente un premier diamètre D62, une première longueur L62 avec pour caractéristiques :
    1 <L62/D62 < 8, de préférence 6,
    et caractérisé en ce que le trou de dégazage (58) présente un deuxième tronçon (64) avec un deuxième diamètre D64 à une extrémité (60) proximale d'un circuit de retour (61) et une deuxième longueur L64:
    - 0,06<D62/D64 < 0,02, de préférence D62/D64 = 0,04
    - 0,2<L62/L64<0,3, de préférence L62/L64 = 0,15.
  2. Ensemble de bobine (28) selon la revendication précédente, dans lequel le trou de dégazage (58) est disposé proximal à l'extrémité distale (52) du trou borgne axial.
  3. Ensemble de bobine (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un diamètre D50b du trou borgne (50) est inférieur à un diamètre moyen D50a du trou borgne axial dans lequel communique le premier tronçon (62) du trou de dégazage calibré.
  4. Ensemble de bobine (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le trou de dégazage (58) fait un angle avec l'axe principal compris entre 80 degrés et 120 degrés.
  5. Ensemble de bobine (28) selon la revendication 4, dans lequel l'angle est de 90 °.
  6. Actionneur (22) de l'injecteur de carburant (10) comprenant l'ensemble de bobine (28) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  7. Injecteur de carburant (10) comprenant l'actionneur (22) selon la revendication 6.
  8. Procédé de fabrication de procédé d'un ensemble de bobine (28) tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :
    - enroulement du fil électrique (44) sur un sous-ensemble (43) puis;
    - enroulement du fil (44) à une extrémité des bornes (36), puis;
    - mise en place des cabochons (74) sur l'extrémité inférieure des bornes (74) et soudage des cabochons (74) puis;
    - surmoulage de l'ensemble de bobine (28) et ensuite ;
    - réaliser le premier tronçon (62) du trou de dégazage (58) dans le noyau magnétique 38 puis ;
    - réaliser le deuxième tronçon (64) du trou de dégazage dans le surmoulage (42) de l'ensemble de bobine (44).
  9. Procédé tel que défini dans la revendication 8, dans lequel le trou de dégazage (58) est réalisé par l'utilisation d'une pièce rapportée au cours du surmoulage du fil.
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