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Procédé de réalisation de stators et de rotors do machines électriques à circuit magnétique à encoches.
Lo circuit magnétique d'un grand nombre do stators et de rotors de machines électriques est muni d'encoches servant de logement au bobinage. Ces encoches doivent en général être d'un type plus ou moins èrmé, afin de donner les caractéristiques voulues aux machines électriques. Le montage du bobinage est effectué, dans ce cas, par enfilage un à un des différents fils des bobines par la fente des encoches, ce qui représente un tra- vail difficile. Des machines ont bien été construites pour ef- fectuer cet.enfilage, mais sans grand succès. Le bobinage de telles machines électriques doit donc presque toujours être ef-
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fectué manuellement ot représente un travail fastidieux et long.
De plus, il présente l'inconvénient d'un risque d'endommagement de l'isolation des fils dos bobines.
Pour faciliter le bobinage des stators dos moteurs à cou- rant alternatif, il est connu de subdiviser le circuit magnéti- que du stator en secteurs dont chacun contient uno dent, et d'assembler ces secteurs autour du bobinage maintenu en position par des dispositifs spéciaux. Co procédé est entièrement diffé- rent de celùi de l'invention. Il n'apporte en outre qu'une solu- tion particulière au problème, car il suppose, ce qui est pou fréquent, des encoches entièrement ouvertes ot co typo d'encoche n'offre précisemmont pas les difficultés précédemment mentionnées.
D'autres procédés connus ayant pour but do faciliter le bobinage dos stators des moteurs à courant alternatif, sont ca- ractérisés par l'utilisation de dents indépendantes et d'agents de collage pour fixer les dents sur la culasso. Un procédé plus récent do co genre prévoit un collage sépare do chacune dos dents, après que le bobinage a été placé dans la culasse lisse, ce qui est relativement facile à exécuter. Cependant, on doit tout d'a- bord tenir compte d'un risque de décollement ou do déplacement des dents dû à des chocs, vibrations ou autres accidents, avant que le durcissement des agents de collage no soit terminé.
Ce procédé nécessite généralement le chauffage des stators dans des fours à une température d'environ 120 C, provoquant ainsi un ralentissement sensible du processus de fabrication, une augmen- tation importante des frais d'installation et de l'espace utile nécessaire à la fabrication. L'exposition des stators bobinés à des températures relativement élevées présente, en outre, tou- jours, un certain risque d'endommagement do l'isolation du bubi- nage. Enfin, on ne peut pas non plus ignorer que tous les agents
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de collage sont soumis à un vieillissement et que ce vieillisse- ment est considérablement accéléré par des températures élevées et par des variations constantes de la température, comme tel est le cas en cours de fonctionnement des machines électriques.
De plus, les variations continuelles de la température du circuit magnétique font également craindre une destruction de l'agent de collage par émiettement, étant donné qu'elles provoquent des gradients de température variables entre les dents et la culasse et font ainsi travaillor les surfaces de collage de ces pièces l'une contre l'autre.
Il est également connu de fixer des dents indépendantes sur la culasse par des techniques classiques, comme par exemple des raccordements à ressort. Un tel raccordement a été utilisé en particulier pour la fixation de pôles saillants sur la culasse.
Enfin, un autre procédé connu à mentionner,consiste à utiliser des dents à têtes indépendantes. Ces têtes de dents ne sont à fixer aux corps des dents qu'après la mise en place du bobinage dans les encoches formées par ces corps. Ce procédé ne permet cependant ni la mise en place d'un bobinage préfabriqué dans une culasse lisse, ni l'amélioration des caractéristiques magnétiques des dents prises dans .leur ensemble. Ces doux derniè- res possibilités constituent précisément les avantages essentiels de l'invention.
Le raccordement à ajustement par pressage confor- me à l'invention, ne se prête d'ailleurs pas à la fixation des têtes de dents sur les corps de celles-ci, ces corps n'étant pas suffisamment massifs, comme il sera expliqué par la suite.,
L'invention a pour objet un procédé de réalisation do stators et de rotors de machines électriques à circuit magnét que à encoches, dont les dents sont fixées une à une sur la culasse ayant pour particularité essentielle que des rainures sont ména-
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gées dans une culasse de forme cylindrique tandis que les dents se composant, dans le sens axial, d'une ou de plusieurs parties sont prolongées à leur base par au moins une partie en saillie,
qui est destinée à être introduite par pressage dans l'une des- dites rainures correspondantes et convenablement ajustées de la culasse, de manière à réaliser une jonction à force ou à frotte- ment dur, entre les faces comprimées les-unes contre los autres de ces éléments. Une telle jonction à frottement dur, ne peut être obtenue qu'entre deux pièces massives, étant données les forces de compression qui interviennent. En réglant le jeu, on peut produire des force: de frottement très élevées, assurant une fixation certaine des dents sur la culasse.
On peut môme provoquer un grippage, et donc une liaison pratiquement indémontable,
On doit romarquer que l'échauffement du bobinage des machines électriques en service, ne peut provoquer aucun relâche- ment des dents, étant donné que cet échauffement est transmis davantage aux dents qu'à la culasse et que, par ailleurs, la cu- lasse est mieux refroidie que les dents, si bien que la tempéra- ture des dents est toujours un peu supérieure à celle de la cu- lasse, de sorte que la compression de la jonction en est accrue d'autant.
Pour améliorer ou assurer le maintien en place dos dents, il est possible de prévoir des bagues ou des revêtements cylindriques sur la surface intérieure des stators ou sur la sur- face extérieure des rotors. Il est d'ailleurs également possible d'utiliser à ces mêmes fins des agents de collage. Au contraire, dans ce cas, la plupart des inconvénients mentionnés plus haut des procédés de fixation de dents indépendantes uniquement par collage sur la culasse, sont écartés.
En effet, le risque de dé- collement ou de déplacement des dents avant la fin du procossus
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de durcissement de l'agent de collage de même quo le riaque de destruction de cotte matière par émiettement, par suite de dé- placements relatifs des surfaces de collage des dents et de la culasse, est écarté, un ajustement à force ne permettant pas de tels déplacements. On pout même so dispenser des fours pour @ assurer le durcissement de la colle, en remplaçant le chauffage de ces fours par réchauffement dû au fonctionnement pondant des essais ou pondant la mise en route des machines électriques.
Il @ est également possible d'utiliser des colles durcissant à froid, la durée normalement très longue de la prise de ces colles ne présentant aucun inconvénient dans ce cas.
En principe, l'utilisation de dents indépendantes permet d'envisager la mise en place d'un ensemble de bobinages préfabriqués dans ou sur la culasse lisse, et présente ainsi une solution radicale au problème du bobinage des stators et des ro- tors de machines électriques à circuit magnétique à encoches. Il est évidemment également possible de prévoir des bobinages par- tiels, des bobinages en forme de rouleau ou de toute autre forme.
L'essentiel est l'élimination de la nécessité d'une introduction des bobinages dans des encoches. Les avantages qui en résultert sont évidents, mais il est à remarquer spécialement que le procé- dé de l'invention permet aussi une amélioration sensible de l'en- semble de l'isolation dos bobinages et du facteur d'utilisation de la section des encoches, ce qui peut avoir des conséquences importantes et multiples. Il n'y a pas non plus de restrictions en ce qui concerne la largeur de la fente des encoches; on peut même choisir des encoches qui sont en pratique complètement fer- mées.
Un autre avantage important réside dans la possibili- d'utiliser té/dos matériaux différents pour la culasse et pour les dents et
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d'utiliser au mieux l'absence d'homogénéité dirigée de ces ma- tériaux, surtout en co qui concerne les caractéristiques magné- tiques.
De façon général, on réalise la culasso et les dents sous forme de paquets do tôles et on colle les lamelles dos dents.
Mais on peut également utiliser d'autres genres de réalisations comme, par exemple, des éléments en poudres ferromagnétiques*
L'invention offre donc de nombreuses possibilités pour ;*amélioration des caractéristiques magnétiques des dents, dans lesquelles la saturation du flux magnétique attoint souvont des valeurs critiques, ce qui peut être en soi une raison suf- fisante pour l'application de l'invention. L'augmentation des pertes dans le fer, causée par des irrégularités des surfaces do contact entre la culasse et les dents, est sans importance.
Pour protéger l'isolation du bobinage pondant la mise en place des dents, il est préférable d'arrondir los aretes de la base de celles-ci.
Il est possible de remplir les fentes dos encoches! en munissant le bobinage préfabriqué de parties convenables . en saillie.
Les dents peuvent être insérées los unos après los autres ou plusieurs à la fois. Une grande variété d'appareils, fonctionnant suivant dos principes bien connus et actionnés mé-
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caniquemënt, électriquement, hydrauliquement ou pnoumatiq7.ioricnV,, est dispon-ible pour l'exécution de ce travail. Dos dispositifs à vibration présentent un intérêt' particulier.
Si les dents du circuit magnétique d'un stator sont insérées par groupes et si los dents d'un groupe sont réparties régulièremont sur la circonférence, il n'est pas nécessaire en principe d'exercer de contre poussées à l'extérieur de la culasse.
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Il est toutefois préférable de prendre des précautions pour évi- ter des déformations éventuelles de la culasse ou mieux, de sur- compenser do telles déformations en provoquant ainsi un certain écartement dos rainures de la culasse pour faciliter l'entrée des parties en saillie de la base des dents dans ces rainures.
Un processus d'insertion des'dents on plusieurs étapes Ast également possible, la dernière étape pouvant consister en une opération de cylindrage des dents.
Des dispositifs magnétiques conviennent particulière- ment bien pour tenir les dents pendant leur insertion.
D'autres objets et avantages de l'invention seront mietx compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre et ou dessin sur lequel :
La figure 1 est une coupe transversale partielle sché- matique d'un stator dont les dents sont insérées, le bobinage étant de jà on place; la figuro 2 est une coupe transversale partielle mon- trant un exemple d'exécution des rainures dans la culasse et des saillies correspondantes de la base des dents ; et; les figures 3a et 3b sont des coupes transversales dans des positions différentes d'un appareil pour l'insertion des dents dans la culasse d'un stator, le bobinage étant déjà en place.
Dans 1a figure 1, la culasse est désignée par la référence 1, les enroulements du bobinage déjà en place par la référence 2, les intervalles compris entre les enroulements par la référence 3 et les dents par la référence 4.
La figure 2 montre une partie en saillie ménagée à la base de la.dont et correspondant à la rainure do la culasse.
Les arêtes 8 do la base de la dent 4 sont arrondies afin do no pas
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endommager l'isolation du bobinage pendant l'ins@tion des dents
Il est préférable quo les arêtes 9 de la partie es saillie 7 soient taillées en biseau, pour faciliter son entrée dans la' rainure de la culasse.
L'appareil 12 montré sur les figures Sa et 3b compor' te un bras 13, mobile dans le sens horizontal et 'vertical, et muni d'un électroaimant 14 pour tenir la dent 15. Un disque 16 reçoit la carcasse 17 du stator muni de la culasse 8, le bobi- nage étant déjà en place. Ce disque peut subir une rotation au- tour de l'axe du stator et être arrêté dans des positions corres- pondant à l'emplacement des dents, au moyen d'un dispositif non représenté. La figure 3a montre l'appareil 12 pendant''la phase de la mise en place de la dent 15 sur le bras 13.
La Fig. 3b correspond à la phaso de travail pendant laquelle le bras 13, animé d'un mouvement vertical ascendant, fait passer la dent par l'un des Intervalles situés entre les enroulements du bobina- ge 19 et repousse ensuite la partie en saillie de la base do la dent dans la rainure correspondante de la culasse 18.
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Method of producing stators and rotors of electrical machines with a notched magnetic circuit.
The magnetic circuit of a large number of stators and rotors of electric machines is provided with notches serving as housing for the winding. These notches should generally be of a more or less tight type, in order to give the desired characteristics to the electrical machines. The winding is assembled, in this case, by threading the different threads of the spools one by one through the slit of the notches, which is difficult work. Machines have been built to carry out this threading, but without much success. The winding of such electric machines must therefore almost always be ef-
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done manually ot represents a tedious and long work.
In addition, it has the drawback of a risk of damaging the insulation of the back coil wires.
To facilitate the winding of the stators of alternating current motors, it is known to subdivide the magnetic circuit of the stator into sectors, each of which contains a tooth, and to assemble these sectors around the winding held in position by special devices. . This process is entirely different from that of the invention. In addition, it provides only a particular solution to the problem, since it presupposes, which is frequently the case, entirely open notches and the type of notch does not offer precisely the difficulties mentioned above.
Other known methods for the purpose of facilitating the winding of the stators of AC motors are characterized by the use of independent teeth and bonding agents to secure the teeth to the cylinder head. A more recent method of this kind provides for gluing between each of the teeth after the winding has been placed in the smooth yoke, which is relatively easy to perform. However, a risk of detachment or displacement of the teeth due to shock, vibration or other accidents must first be taken into account before the curing of the bonding agents is complete.
This process generally requires the heating of the stators in furnaces to a temperature of about 120 C, thus causing a significant slowing down of the manufacturing process, a significant increase in installation costs and in the useful space required for manufacture. . In addition, exposure of wound stators to relatively high temperatures always presents a certain risk of damage to the bubbling insulation. Finally, we cannot ignore that all the agents
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adhesives are subject to aging and this aging is considerably accelerated by high temperatures and by constant variations in temperature, as is the case during operation of electric machines.
In addition, the continuous variations in the temperature of the magnetic circuit also give rise to fear of destruction of the bonding agent by crumbling, since they cause variable temperature gradients between the teeth and the cylinder head and thus work the surfaces of the cylinder head. gluing of these pieces against each other.
It is also known practice to fix independent teeth on the cylinder head by conventional techniques, such as for example spring connections. Such a connection has been used in particular for fixing salient poles on the cylinder head.
Finally, another known method to be mentioned consists in using teeth with independent heads. These tooth heads are to be fixed to the tooth bodies only after the winding has been placed in the notches formed by these bodies. However, this method does not allow the installation of a prefabricated coil in a smooth yoke, nor the improvement of the magnetic characteristics of the teeth taken in. Their assembly. These last few possibilities constitute precisely the essential advantages of the invention.
The press-fit connection in accordance with the invention, moreover, does not lend itself to fixing the tooth heads to the bodies of the latter, these bodies not being sufficiently massive, as will be explained by the following.,
The object of the invention is a process for producing stators and rotors of electrical machines with a magnetic circuit with notches, the teeth of which are fixed one by one on the cylinder head, the essential feature of which is that grooves are provided.
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formed in a cylinder head of cylindrical shape while the teeth consisting, in the axial direction, of one or more parts are extended at their base by at least one projecting part,
which is intended to be introduced by pressing into one of the said corresponding grooves and suitably adjusted in the cylinder head, so as to achieve a junction by force or by friction, between the faces pressed against each other of the cylinder head. these elements. Such a hard-friction junction can only be obtained between two massive parts, given the compressive forces which intervene. By adjusting the clearance, very high frictional forces can be produced, ensuring that the teeth are firmly fixed on the cylinder head.
It is even possible to cause seizure, and therefore a practically non-removable connection,
It should be noted that the heating of the winding of electric machines in service cannot cause any slackening of the teeth, given that this heating is transmitted more to the teeth than to the cylinder head and, moreover, the cylinder head. is better cooled than the teeth, so that the temperature of the teeth is always a little higher than that of the cylinder, so that the compression of the junction is increased accordingly.
To improve or ensure that the teeth are kept in place, it is possible to provide rings or cylindrical coatings on the inner surface of the stators or on the outer surface of the rotors. It is moreover also possible to use bonding agents for these same purposes. On the contrary, in this case, most of the aforementioned drawbacks of the methods of fixing independent teeth only by gluing on the cylinder head, are eliminated.
In fact, the risk of the teeth loosening or displacing before the end of the procossus
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curing of the bonding agent as well as the destruction of the material by crumbling, as a result of relative displacements of the bonding surfaces of the teeth and of the cylinder head, is discarded, a force adjustment not allowing to such trips. We can even dispense with furnaces to ensure the hardening of the glue, by replacing the heating of these furnaces by heating due to the operation forcing tests or for starting the electric machines.
It is also possible to use cold-hardening adhesives, the normally very long duration of the setting of these adhesives not presenting any disadvantage in this case.
In principle, the use of independent teeth makes it possible to envisage the installation of a set of prefabricated windings in or on the smooth yoke, and thus presents a radical solution to the problem of the winding of stators and machine rotors. electric notched magnetic circuit. It is obviously also possible to provide partial windings, windings in the form of a roll or of any other shape.
The main thing is the elimination of the need to introduce the coils into notches. The resulting advantages are obvious, but it should be especially noted that the process of the invention also allows a substantial improvement in the overall insulation of the windings and in the duty cycle of the section of the windings. notches, which can have important and multiple consequences. There are also no restrictions on the width of the slot of the notches; it is even possible to choose notches which are in practice completely closed.
Another important advantage is the possibility of using different tee / back materials for the cylinder head and for the teeth and
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to make the best use of the absence of directed homogeneity of these materials, especially with regard to the magnetic characteristics.
In general, the culasso and the teeth are made in the form of packets of sheets and the strips are glued to the teeth.
But it is also possible to use other types of embodiments such as, for example, elements in ferromagnetic powders *
The invention therefore offers numerous possibilities for; * improvement of the magnetic characteristics of the teeth, in which the saturation of the added magnetic flux often reaches critical values, which may in itself be a sufficient reason for the application of the invention. . The increase in iron loss, caused by irregularities in the contact surfaces between the cylinder head and the teeth, is not significant.
To protect the insulation of the winding laying the teeth in place, it is preferable to round the edges of the base thereof.
It is possible to fill the back slots with notches! by providing the prefabricated winding with suitable parts. projecting.
Teeth can be inserted one after the other or several at a time. A great variety of apparatus, operating according to well-known principles and actuated medically
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caniquemënt, electrically, hydraulically or pnoumatiq7.ioricnV ,, is available for the execution of this work. Of particular interest are vibration devices.
If the teeth of the magnetic circuit of a stator are inserted in groups and if the teeth of a group are evenly distributed around the circumference, it is not necessary in principle to exert counter thrusts outside the cylinder head. .
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It is however preferable to take precautions to avoid possible deformations of the cylinder head or better, to compensate for such deformations by thus causing a certain spacing of the grooves of the cylinder head to facilitate the entry of the projecting parts of the cylinder head. base of the teeth in these grooves.
A process of inserting the teeth in several steps Ast also possible, the last step possibly consisting of an operation of rolling the teeth.
Magnetic devices are particularly suitable for holding the teeth during their insertion.
Other objects and advantages of the invention will be understood with the aid of the detailed description which follows and or the drawing in which:
Figure 1 is a partial schematic cross section of a stator with the teeth inserted with the coil already in place; Figure 2 is a partial cross section showing an exemplary embodiment of the grooves in the cylinder head and the corresponding projections of the base of the teeth; and; Figures 3a and 3b are cross sections in different positions of an apparatus for inserting teeth into the yoke of a stator, the coil being already in place.
In FIG. 1, the yoke is designated by the reference 1, the windings of the coil already in place by the reference 2, the intervals between the windings by the reference 3 and the teeth by the reference 4.
FIG. 2 shows a protruding part formed at the base of the cylinder head and corresponding to the groove of the cylinder head.
The edges 8 of the base of tooth 4 are rounded so as not to
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damage the winding insulation during tooth insertion
It is preferable that the ridges 9 of the protruding part 7 are bevelled, to facilitate its entry into the groove of the cylinder head.
The apparatus 12 shown in Figures Sa and 3b comprises an arm 13, movable in the horizontal and vertical direction, and provided with an electromagnet 14 to hold the tooth 15. A disc 16 receives the frame 17 of the stator provided of the cylinder head 8, the winding being already in place. This disc can be rotated around the axis of the stator and be stopped in positions corresponding to the location of the teeth, by means of a device not shown. Figure 3a shows the device 12 during the phase of the placement of the tooth 15 on the arm 13.
Fig. 3b corresponds to the working phase during which the arm 13, driven in an upward vertical movement, causes the tooth to pass through one of the intervals located between the windings of the winding 19 and then pushes back the projecting part of the base do the tooth in the corresponding groove of the cylinder head 18.