FR3030930B1

FR3030930B1 - Procede de formage d'un element d'enroulement en forme de u pour le noyau d'excitation electromagnetique d'une machine electrique tournante

Info

Publication number: FR3030930B1
Application number: FR1562366A
Authority: FR
Inventors: Paul Borrmann; Dittmar Kleemann; Peter Schreiber; Hans-Juergen Schwarz; Klaus Hilke
Original assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2035-12-15
Also published as: FR3030930A1; DE102014226224A1; US20160181897A1; CN105720760A; US10181777B2; CN105720760B

Abstract

Procédé de mise en forme d'un élément d'enroulement (10) en forme de U pour un noyau électromagnétique (11). On utilise une partie intérieure d'outil (23) ayant un logement (29) dans la région de sa périphérie extérieure et une partie extérieure d'outil (26) avec un logement (30) dans la région de sa périphérie intérieure. On loge l'élément d'enroulement (10) dans la partie intérieure (23) et dans la partie extérieure d'outil (26) pour qu'un segment de tige (13) se trouve dans le logement (29) de la partie intérieure (23) et que l'autre segment de tige (15) se trouve dans le logement (23) de la partie extérieure (26). On fait tourner la partie intérieure (23) et la partie extérieure (26) l'une par rapport à l'autre. Avant le mouvement d'écartement des deux segments de tige (13, 15), on rapproche un élément de prise (50) avec sa dent (53) du segment de tige (15).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention a pour objet un procédé de mise en forme d’un élément d’enroulement en forme de U pour un noyau d’excitation électromagnétique d’une machine électrique tournante, selon lequel l’élément de roulement en forme de U a un premier segment de tige et un second segment de tige reliés par un segment de tige, en forme d’arc.

Etat de la technique

Selon l’état de la technique on connaît des procédés de formage d’un tel élément d’enroulement en U ou en épingle à cheveux pour un noyau électromagnétique d’une machine électrique tournante. Les éléments d’enroulement en forme de U (encore appelé « élément d’enroulement en épingle à cheveux ») ou leurs segments de tige sont écartés l’un de l’autre ; en les maintenant enfoncés on maintient les éléments d’enroulement en épingle à cheveux dans l’outil de formage. Mais en général, l’élément d’enroulement en épingle à cheveux risque de coulisser de sorte que l’on aura une tête d’enroulement axialement plus longue que souhaité.

But de l’invention

La présente invention a pour but de développer un procédé de formage d’élément d’enroulement en épingle à cheveux pour le noyau d’excitation électromagnétique d’une machine électrique tournante, permettant d’éviter le coulissement des éléments d’enroulement en épingle à cheveux.

Exposé et avantages de l’invention A cet effet l’invention a pour objet un procédé de mise en forme d’un élément d’enroulement en forme de U pour un noyau d’excitation électromagnétique d’une machine électrique tournante, selon lequel l’élément de roulement en forme de U a un premier segment de tige et un second segment de tige reliés par un segment de tige, en forme d’arc. On utilise une partie intérieure d’outil ayant au moins un logement dans la région de sa périphérie extérieure et une partie extérieure d’outil avec au moins un logement dans la région de sa périphérie intérieure et on loge l’élément d’enroulement en forme de U dans la partie intérieure d’outil et dans la partie extérieure d’outil pour qu’un seg ment de tige se trouve dans le logement de la partie intérieure d’outil et que l’autre segment de tige se trouve dans le logement de la partie extérieure d’outil et on tourne la partie intérieure d’outil et la partie extérieure d’outil l’une par rapport à l’autre autour de l’axe de rotation, les deux segments de tige étant déplacés de façon à s’éloigner l’un de l’autre, avant le mouvement d’écartement des deux segments de tige, et on rapproche un élément de prise avec sa dent, du segment de tige qui est pris par la dent.

Suivant une autre caractéristique avantageuse dans une autre étape, avec l’élément de prise on enfonce le contour extérieur par déformation du segment de tige avec la dent dans le segment de tige et ainsi on enfonce la dent dans le segment de tige par une liaison par la forme avec une force de pénétration.

Suivant une autre caractéristique avantageuse on génère une poussée exercée sur le segment de tige par une rampe qui en coopérant avec le logement génère une force résultante radialement vers l’intérieur dans la région de la périphérie intérieure de la partie extérieure d’outil.

Suivant une autre caractéristique avantageuse avant la prise du segment de tige par la dent, on pousse le segment de tige par la rampe de glissement, radialement vers l’intérieur contre l’appui radial intérieur du logement pour générer alors le contour de prise.

Suivant une autre caractéristique avantageuse on entraîne le ou les éléments de prise pour entraîner la partie extérieure d’outil dans le sens de rotation à l’état d’un élément de butée.

Suivant une autre caractéristique avantageuse on entraîne le ou les éléments de prise par un élément de butée après une course à vide pour entraîner en rotation la partie extérieure d’outil.

Suivant une autre caractéristique avantageuse on tourne les deux segments de tige d’un élément d’enroulement de façon à les écarter pour les cintrer en tenant compte de l’angle de compensation.

Suivant une autre caractéristique avantageuse après le cintrage, on tourne en retour la partie extérieure d’outil selon l’angle de compensation pour arriver dans la position de fin de course de la partie extérieure d’outil dans laquelle le ou les éléments de prise sont rappelés suffisamment pour dégager la ou les dents du segment de tige et de son contour de prise.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide de modes de réalisation d’un procédé de formage d’élément d’enroulement en épingle à cheveux pour le noyau électromagnétique d’une machine électrique tournante ainsi que les machines électriques obtenues avec de tels éléments d’enroulement, la figure 1 montre un élément d’enroulement en forme de U, la figure 2 montre une vue de dessus partielle d’un outil de cintrage, la figure 3 montre des éléments d’enroulement dans une paire de logements d’un outil de cintrage, la figure 4 montre des détails de la forme d’un élément d’enroulement, la figure 5 montre comment un élément de prise avec une dent et ses coins s’enfoncent dans le segment de tige du contour de prise par transformation du segment de tige, la dent prenant ainsi le segment de tige par une liaison par la forme avec sa force de pénétration, la figure 6 montre comment à la prise du segment de tige par la dent, le segment de tige est poussé radialement vers l’intérieur par la rampe, la figure 7 montre le cintrage avec l’outil de cintrage, la figure 8 montre une certaine position de l’outil de cintrage, les figures 9a, 9b, 9c montrent schématiquement une partie de l’opération d’extraction des éléments d’enroulement hors de l’outil de cintrage, la figure 10 montre une vue en coupe de deux segments de tige, la figure 11 montre comment le flanc inférieur de la coulisse de guidage pousse le coulisseau entre les quatre segments de tige dans ce cas, la figure 12 montre une étape du procédé au cours de laquelle l’élément coulissant exerce tout d’abord une force dans la direc- tion radiale sur l’élément d’enroulement ou sur un segment de tige extérieur, la figure 13 montre comment coulisse l’élément coulissant, la figure 14 montre comment le coulissement de l’élément coulissant le long des rampes génère la force de serrage entre les deux éléments coulissants ou leur segment de tige, la figure 15 montre schématiquement les opérations d’extraction des éléments d’enroulement de l’outil de cintrage et leur engagement dans le noyau électromagnétique.

Description de mode de réalisation

La figure 1 montre un élément d’enroulement 10 en forme de U (élément d’enroulement en épingle à cheveux) utilisé par exemple pour la fabrication d’induits (rotors) de moteurs à courant continu ou aussi pour des induits (stators) de machines à courant alternatif telles que par exemple des alternateurs. Cet élément d’enroulement en épingle à cheveux 10 a un premier segment de tige 13 et un second segment de tige 15 reliés par un segment de liaison 16 en forme d’arc. L’induit d’un rotor à réaliser comporte par exemple 25 encoches de sorte qu’il faut utiliser 25 tels éléments d’enroulement 10. On connaît aussi des induits de rotor ayant 17 ou 19 éléments d’enroulement 10 ou un autre nombre de tels éléments d’enroulement.

La figure 2 est une vue de dessus découpée d’un outil de cintrage 20. Cet outil de cintrage 20 se compose d’une partie intérieure 23 et d’une partie extérieure 26. A la fois la partie intérieure 23 et la partie extérieure 26 ont chacune 25 logements 29, 30 en forme de rainure qui peuvent être réalisés par exemple sous la forme de tube. Lorsque les deux parties d’outil 23, 26 sont en position de repos, les logements 29, 30 se font directement face de sorte qu’ils ont pratiquement ou complètement la même position angulaire par rapport à une droite 33 commune passant par l’axe de rotation 36. Les logements 29, 30 ont chacun une paroi latérale 39, 42 qui, dans ce cas, constituent des surfaces de référence. Cela signifie que les logements 29, 30 sont alignés pour que les parois latérales 39, 42 se situent de préférence dans un plan commun. Les élément d’enroulement 10 viennent avec leurs deux extrémités 41, 43 sur un élément de fixation non représenté (qui est par exemple le coulisseau 69 à la figure 9a) pour avoir ainsi un dépassement minimum du segment de liaison 16 en forme d’arc et des parties du premier segment de tige 13 et du second segment de tige 15. Ce dépassement permet le cintrage de l’élément d’enroulement 10.

La figure 3 montre comment les éléments d’enroulement 10 sont placés dans une paire de logements 29, 30. En principe, il importe peu que les éléments d’enroulement 10 soient ou non précintrés comme à la figure 3. L’état précintré signifie ici que l’élément d’enroulement 10 en position de repos, avant d’être tourné, se place dans les logements 29, 30 qui ne sont pas directement en face, mais décalés. L’élément d’enroulement 10 a ainsi un segment de tige 15 extérieur à section ronde et un segment de tige intérieur 13 avec deux surfaces latérales 44, 45 parallèles reliées par des arrondis (figure 4).

En outre, l’outil de cintrage 20 comporte un élément de prise 50. Cet élément de prise 50 a au moins une dent 53. L’élément de prise 50 est de préférence en forme d’arc et sur son arc intérieur, il a par exemple huit dents. A la périphérie de la partie extérieure 26 de l’outil on a globalement de préférence trois éléments de prise 50 de forme courbe. Les autres éléments de prise ont, dans ce cas, l’un huit dents et l’autre neuf dents de sorte que pour tous les trois éléments de prise 50 on aura globalement de préférence 25 dents 53 On a ainsi plusieurs éléments de prise 50 ayant de préférence chaque fois plusieurs dents 53. Cela permet à tous les 25 éléments d’enroulement 10 d’être pris de préférence simultanément par les dents 53.

Ainsi selon le procédé on forme au moins un élément d’enroulement 10 en épingle à cheveux pour un noyau 11 d’excitation électromagnétique d’une machine électrique tournante 12 ; l’élément d’enroulement 10 en épingle à cheveux (ou en forme de U) a un premier segment de tige 13 et un second segment de tige 15 ; ces deux segments sont reliés par un segment de liaison 16 de forme courbe ; la partie intérieure d’outil 23 a au moins un logement 29 dans la région de sa périphérie extérieure et la partie extérieure d’outil 26 a au moins un logement 30 sur sa périphérie intérieure ; l’élément d’enroulement 10 en épingle à cheveux est ainsi placé dans la partie intérieure d’outil 23 et dans la partie extérieure d’outil 26 de façon que le segment de tige 13 se place dans un logement 29 de la partie intérieure d’outil 23 et que l’autre segment de tige 15 se place dans un logement 30 de la partie extérieure d’outil 26 ; on tourne la partie intérieure 23 et la partie extérieure 26 l’une par rapport à l’autre autour de l’axe de rotation 36 et ainsi les deux segments de tige 13, 15 de l’élément d’enroulement 10 sont écartées l’une de l’autre et avant d’écarter les deux segments de tige 13, 15, on engage un élément de prise 50 avec une dent 53 sur le segment de tige 15 qui sera prise par la dent 53.

Selon une autre étape, on enfonce l’élément de prise 50 avec la dent 53 et ses coins 54 dans le segment de prise 15 pour former un contour de prise 60 par déformation du segment de prise 15 et pour qu’ainsi la dent 53 du segment de tige 15 agisse par une liaison par la forme avec la force de prise FE (figure 5).

En particulier, par son mouvement, la dent 53 exerce sur le segment de tige 15 par sa surface inclinée 63, une poussée FP sur le segment 15 qui, en liaison avec le logement 30 de la partie extérieure d’outil 26, génère une force Fi dirigée radialement vers l’intérieur. Ainsi, avant que le segment de tige ne soit pris par la dent 53, ce segment de tige 15 est poussé radialement vers l’intérieur par la rampe 63 (figure 6). Le segment de tige 15 poussé contre la position radiale intérieure 66 du logement 30 forme le contour de prise 60 (figure 5). Au cours de cette opération, le segment de tige 15 est poussé contre le logement 30.

Il est prévu d’entraîner le ou les éléments de prise 50 dans le sens de rotation. Ainsi, il est notamment prévu d’entraîner le ou les éléments de prise 50 par un élément de butée ou de fixation, de préférence après avoir effectué une course à vide, pour entraîner la partie extérieure de l’outil 26 dans le sens de rotation. Les deux segments de tige 13, 15 d’un élément d’enroulement 10 sont dans ce cas écartés et tournés par exemple d’au moins cinq logements 29, 30. En fait, on peut tourner encore plus, par exemple pour compenser un angle d’équilibrage (a) égal à environ 5° pour compenser la composante élastique au cintrage du segment de tige en forme d’arc 16 (surcintrage) (voir figure 7). De façon préférentielle, en cas de surcintrage, on retourne la partie extérieure d’outil 26 d’un angle de compensation (a) d’environ 5° pour arriver à la position de fin de course de la partie d’outil extérieure 26. Dans cette position de la partie d’outil extérieure 26, on rappelle le ou les éléments de prise 50 de sorte que la ou les dents 53 se dégagent du segment de tige 15 et de son contour de prise 60 (figure 8).

Ensuite, on peut extraire les éléments d’enroulement 10 de l’outil de cintrage 20. Cela est représenté schématiquement aux figures 9a, 9b et 9c. Selon la figure 9a, un poussoir 69 pousse les éléments d’enroulement 10 par le côté de leurs extrémités 41, 43 hors des logements 29 de la partie d’outil intérieure 23 et des logements 30 de la partie d’outil extérieure 26 de l’outil de cintrage 20, par exemple en dégageant partiellement les éléments d’enroulement 10.

Après ce dégagement partiel des éléments d’enroulement 10, les segments de liaison 16 en forme d’arc, qui sont les plus proches (ici les parties supérieures des segments de tige 13, 15 sont librement accessibles par le côté ou le côté de l’outil de cintrage, ce qui permet à un dispositif d’extraction 75 d’extraire les éléments de bobinage 10 de l’outil de cintrage 20 (figure 9c).

Pour extraire les éléments d’enroulement 10, on glisse des coulisseaux 70 entre plusieurs éléments d’enroulement 10 et entre les éléments d’enroulement 10 et les coulisseaux 70 se développent des forces de serrage FK dans la direction périphérique de sorte que l’élément d’enroulement 10 reste bloqué entre les éléments coulissants 78, 79.

La figure 10 est une représentation de détail de segments de tige 13 et de segments de tige 15, avec un guide séparé 80 muni d’un coulisseau séparé 70, d’un disque à coulisses 83 avec une coulisse de guidage 85 pour le coulisseau 70 et ses goujons de guidage 87. Le coulisseau 70 présente entre autre, les éléments coulissant 78, 79 déjà évoqués. L’élément coulissant 78 est mobile radialement dans le guide 80. Cet élément coulissant 78 est entraîné par le disque à coulisses 83 tournant autour de l’axe de rotation 36 de sorte que la coulisse 85 se déplace dans la direction périphérique U. Pour glisser le coulisseau 70 entre plusieurs éléments d’enroulement 10, on fait tourner le disque à coulisses 83 dans le sens de rotation des aiguilles d’une montre (direction périphérique U). L’autre flanc 90 de la coulisse de guidage 85 pousse le tiroir 70 entre les segments de tige 13, 15 qui, dans ce cas se limitent à quatre segments de tige 13, 15 (figure 11). L’élément coulissant 79 glisse également par l’intermédiaire d’un goujon de guidage 91 sur un disque de coulisse non représenté, par le guidage par une coulisse non représentée tout d’abord à vitesse régulière et égale dans l’espace intermédiaire 93 en forme de coin. Les éléments coulissants 78, 79 sont ainsi glissés en commun entre les éléments d’enroulement 10. Pour produire la force de serrage FK dans la direction périphérique, on glisse l’élément coulissant 78 dans l’intervalle 93 en forme de coin, entre l’élément coulissant 79 et un élément d’enroulement 10.

La figure 12 montre l’étape de procédé par laquelle l’élément coulissant 79 exerce tout d’abord une force FR dans la direction radiale sur un élément d’enroulement 10 ou sur le segment de tige extérieur 15. Ce segment de tige 15 est ainsi poussé contre le bord intérieur du logement 30. L’élément coulissant 79 n’est pas poussé plus loin radialement vers l’intérieur. Dans la direction périphérique, l’ajout 95 est encore écarté sensiblement du segment de tige 13 suivant le plus proche et n’exerce ainsi aucune force dans la direction périphérique sur le segment de tige 13. Le côté arrière de la joue 95 comporte une rampe 98. L’élément coulissant 78 a également une joue 99 et sur le côté arrière de la joue 99 il y a une rampe 100. L’élément coulissant 79 produit ainsi une force FR tout d’abord ans la direction radiale puis une force de serrage FK dans la direction périphérique.

Dans la suite du procédé (figure 13), l’élément coulissant 78 glisse derrière l’élément coulissant 79. L’élément coulissant 78 pousse ainsi plus fort par sa rampe 100 contre la rampe 98 de l’élément coulissant 79, ce qui augment la force FR. Le coulissement de l’élément 78 génère, par le glissement le long des rampes 98 ou 100, la force de serrage FK entre les deux éléments d’enroulement 10 ou leur segment de tige 13 (figure 14). Les deux rampes 98, 100 se trouvent ainsi sur un plan 103, commun, incliné et qui n’est pas orienté radialement par rapport à l’axe de rotation. La force de serrage FK est alors transmise par la joue 95 sur le segment de tige 13 supérieur et l’autre force de serrage FK est transmise par la joue 99 sur le segment de tige 13 inférieur. Aussi, pour extraire l’élément d’enroulement 10, on glisse les poussoirs 70 entre plusieurs éléments d’enroulement 10 de sorte que des forces de serrage FK s’exercent dans la direction périphérique entre les éléments d’enroulement 10 et le poussoir 70 si bien que l’élément d’enroulement 10 ou son segment de tige 13 est serré entre les éléments coulissants 78 et 79.

Les figures 15a, 15b, 15c et 15d montrent des étapes de procédé selon lesquelles tous les segments de tige 13, 15, directement adjacents sont installés dans un logement 29 voisin dans la direction périphérique d’une partie intérieure d’outil 23 et d’un logement 30 d’une partie extérieure d’outil 26, avec une distance constante par rapport à l’axe de rotation 36 ; chaque coulisseau 70 agit sur les segments de tige 13, 15 directement voisins, de façon simultanée avec une force de serrage FK (figure 15a) et il permet ainsi d’extraire l’ensemble de tous les éléments d’enroulement 10 de l’outil de cintrage 20 grâce au coulisseau 70 (figure 15b) et ensuite les éléments d’enroulement sont engagés dans les encoches non représentées du noyau d’excitation électromagnétique 11 (figure 15c et figure 15d). Ici le noyau est par exemple le corps d’un rotor avec des encoches ouvertes radialement vers l’extérieur pour un moteur électrique à courant continu tel que par exemple le démarreur d’un moteur à combustion interne ou le stator avec des encoches ouvertes radialement vers l’intérieur dans le cas d’un alternateur (figure 16).

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX

10 Elément d’enroulement en forme de U 11 Moyeu 12 Machine tournante 13 Premier segment de tige 15 Deuxième segment de tige 16 Segment de liaison 20 Outil de cintrage 23 Partie intérieure d’outil 26 Partie extérieure d’outil 29, 30 Logement 50 Elément de prise 53 Dent 69 Poussoir 70 Coulisseau 75 Dispositif d’extraction 78, 79 Elément coulissant 80 Guide 83 Disque à coulisses 85 Coulisse de guidage 87 Goujon de guidage 90 Flanc 93 Intervalle 95 Ajout 98 Rampe 99 Joue 100 Rampe 103 Plan commun

Claims

REVENDICATIONS 1°) Procédé de mise en forme un élément d’enroulement (10) en forme de U pour un noyau d’excitation électromagnétique (11) d’une machine électrique tournante (12), selon lequel - l’élément d’enroulement (10) en forme de U a un premier segment de tige (13) et un second segment de tige (15) reliés par un segment de tige (16), en forme d’arc, on utilise une partie intérieure d’outil (23) ayant au moins un premier logement (29) dans la région de sa périphérie extérieure et une partie extérieure d’outil (26) ayant au moins un second logement (30) dans la région de sa périphérie intérieure et on loge l’élément d’enroulement (10) en forme de U dans la partie intérieure d’outil (23) et dans la partie extérieure d’outil (26) pour que le premier segment de tige (13) se trouve dans le premier logement (29) de la partie intérieure d’outil (23) et que le second segment de tige (15) se trouve dans le second logement (30) de la partie extérieure d’outil (26), et que la partie intérieure d’outil (23) et la partie extérieure d’outil (26) soient tournées l’une par rapport à l’autre autour de l’axe de rotation (36), les deux segments de tige (13, 15) étant déplacés de façon à s’éloigner l’un de l’autre, et avant le mouvement d’écartement des deux segments de tige (13, 15), un élément de prise (50) muni d’une dent (53), est déplacé vers un segment de tige (15) qui est pris par la dent (53).
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une autre étape, l’élément de prise (50) un contour de prise (60) par déformation du second segment de tige (15) forme par enfoncement avec la dent (53) dans le second segment de tige (15) et ainsi la dent (53) vient en prise dans le second segment de tige ( 15) par une liaison par la forme avec une force de pénétration.
3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’ on génère une poussée (Fp) exercée sur le second segment de tige (15) par une rampe (63) qui en coopérant avec le second logement (30) génère une force résultante (Fi) radialement vers l’intérieur dans la région de la périphérie intérieure de la partie extérieure d’outil (26).
4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’ avant la prise du second segment de tige (15) par la dent (53), ce segment de tige (15) est poussé par la rampe de glissement (63) radialement vers l’intérieur contre un appui radial intérieur (66) du second logement (30) puis le contour de prise (60) est obtenu.
5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément de prise entraîné (50) entraîne la partie extérieure d’outil (26) en rotation au moyen d’un élément de butée.
6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’élément de prise entraîné (50) entraîne en rotation la partie extérieure d’outil (26) après une course à vide au moyen d’un élément de butée.
7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux segments de tige (13, 15) d’un élément d’enroulement (10) sont déplacés par rotation de façon à s’écarter pour les cintrer en tenant compte d’un angle de compensation (ALPHA).
8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’ après le cintrage, la partie extérieure d’outil (26) est à nouveau déplacée en sens inverse par rotation selon l’angle de compensation (ALPHA) pour arriver dans la position de fin de course de la partie extérieure d’outil (26) dans laquelle l’élément de prise (50) est rappelé suffîsam- ment pour dégager la dent (53) du second segment de tige (15) et de son contour de prise (60).