Titre de l'invention : Ensemble comportant une machine électrique et un connecteur de signal découplés

[0001] La présente invention porte sur un ensemble comportant une machine électrique tournante et un connecteur de signal. L'invention trouve des applications dans le domaine des machines électriques tournantes pour véhicule, notamment automobiles et, en particulier, dans le domaine des machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec une boîte de vitesses.

[0002] De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et rotor solidaire d’un arbre. Le rotor pourra être solidaire d’un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.

[0003] Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.

[0004] Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un module électrique de commande.

[0005] Un connecteur de puissance appelé interconnecteur et un connecteur de signal sont typiquement disposés entre la machine électrique et le module électrique de commande afin d’assurer une connexion électrique entre un signal entrant/sortant de la machine électrique et un signal entrant/sortant du module

[0006] Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule ou à un train du véhicule automobile. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et/ou au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.

[0007] Lors du fonctionnement de la machine électrique tournante, le connecteur de signal qui est en contact direct avec la machine électrique, va vibrer sur la même fréquence que cette dernière et selon une fréquence différence du module électrique de commande. Ainsi, au niveau de la connexion entre le connecteur de signal et le module électrique de commande, un frottement va exister, entraînant une usure de contact. En vibrant à des fréquences différentes, toutes les connexions électriques se dégradent, ceci pouvant aboutir à des coupures électriques et donc une perte de signal.

[0008] L'invention vise à proposer un ensemble permettant d’éviter l’usure de contact au niveau du connecteur du signal.

[0009] A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble pour véhicule hybride, comportant une machine électrique tournante, un connecteur de signal agencé pour être connecté électriquement à ladite machine électrique et un organe de rappel élastique agencé pour découpler le connecteur de signal de la machine électrique.

[0010] L’organe de rappel élastique agit ainsi comme un organe de découplage permettant d’éviter le transfert indésirable d’énergie de la machine électrique vers le connecteur de signal. La machine électrique et le connecteur de signal étant découplés, ils ne vibreront plus à la même fréquence. En effet, l’organe de rappel élastique permet de ne pas transmettre les vibrations de la machine électrique vers le connecteur de signal.

[0011] Avantageusement, le connecteur de signal est monobloc. Par « monobloc », on entend au sens de la présente invention définir un connecteur de signal formé par une seule pièce par opposition avec un connecteur de signal formé par assemblage d’au moins deux pièces. Ainsi, le connecteur de signal de la présente invention est intégralement découplé de la machine électrique et ne reçoit pas les vibrations de cette dernière. [0012] Dans la description et les revendications, on utilisera les termes "externe" et "interne" ainsi que les orientations "axiale" et "radiale" pour désigner, selon les définitions données dans la description, des éléments du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. Par convention, l'orientation "radiale" est dirigée orthogonalement à l’orientation axiale. L’orientation axiale se rapporte, suivant le contexte, à l’axe de rotation du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. L'orientation "circonférentielle" est dirigée orthogonalement à la direction axiale et orthogonalement à la direction radiale. Les termes "externe" et "interne" sont utilisés pour définir la position relative d'un élément par rapport à un autre, par rapport à l’axe de référence, un élément proche de l'axe est ainsi qualifié d'interne par opposition à un élément externe situé radialement en périphérie.

[0013] Dans la suite de la description, l'orientation d'avant en arrière de la machine électrique correspond à une orientation allant de gauche à droite sur la figure 2. Ainsi, on entend par un élément "avant", un élément situé du côté de l'extrémité cannelée de l'arbre de la machine et par élément "arrière" un élément situé du côté opposé, c’est-à-dire du côté de l’interconnecteur ou du module électrique de commande.

[0014] Selon un mode de réalisation, l’ensemble comprend en outre un module électrique de commande comportant un élément de connecteur complémentaire destiné à être connecté électriquement audit connecteur de signal, ledit organe de rappel élastique étant également agencé pour mettre en contact le module et le connecteur de signal afin qu’ils vibrent à la même fréquence. En effet, l’organe de rappel élastique va exercer une force de rappel qui va maintenir le connecteur de signal et le module électrique de commande en contact. Le connecteur de signal étant en contact avec le module électrique de commande et découplé de la machine électrique, il vibrera à la même fréquence que le module électrique de commande.

[0015] Avantageusement, le module électrique de commande comporte un onduleur.

[0016] Selon un mode de réalisation, le connecteur de signal est de type femelle et ledit élément de connecteur complémentaire est de type mâle. En variante, le connecteur de signal est de type mâle et ledit élément de connecteur complémentaire est de type femelle.

[0017] Selon un mode de réalisation, la machine électrique est refroidie par eau ou par huile, de préférence par eau. [0018] Selon un mode de réalisation, l’organe de rappel élastique est sous forme oblongue.

[0019] Selon un mode de réalisation, l’organe de rappel élastique comprend une lèvre intérieure. Cette lèvre se déforme lors de l’installation de l’organe de rappel sur le connecteur et permet ainsi de ne pas modifier la raideur de l’organe de rappel en tant que tel.

[0020] Selon un mode de réalisation, l’organe de rappel élastique est un élastomère, de préférence un élastomère silicone. Avantageusement, l’élastomère est exempt de sulfure. En effet, lorsque le matériau comprend des sulfures et chauffe, il va y avoir une émanation de sulfures qui peut entraîner des dégâts sur les connexions en argent.

[0021] Selon un mode de réalisation, la machine électrique comporte :

- un rotor monté sur un arbre s’étendant suivant un axe X,

- un stator monté autour du rotor et muni d’un corps et d’un bobinage, le bobinage comportant une pluralité d’enroulements de phase,

- un palier monté à une extrémité, de préférence arrière, du rotor et du stator et recevant l’arbre, et

- un interconnecteur fixé sur ledit palier et recevant les enroulements de phase, ledit organe de rappel élastique étant en appui contre le connecteur de signal et une face d’appui dudit interconnecteur.

[0022] Selon un mode de réalisation, le connecteur comporte un épaulement sur lequel est en appui ledit organe de rappel élastique de sorte qu’il est écrasé entre ladite face d’appui de l’interconnecteur et ledit épaulement.

[0023] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.

[0024] [Fig. 1] représente une vue en perspective d’un ensemble selon la présente invention. [0025] [Fig. 2] représente une vue en coupe longitudinal de la machine électrique tournante de la figure 1.

[0026] [Fig. 3] représente une vue de dessus de la partie arrière de la machine électrique de la figure 2.

[0027] [Fig. 4] représente une vue en coupe partielle illustrant la connexion entre le connecteur de signal et l’interconnecteur selon la présente invention.

[0028] [Fig. 5] représente une vue en coupe partielle illustrant la connexion entre le connecteur de signal et l’élément de connecteur complémentaire du module électrique de commande selon la présente invention.

[0029] [Fig. 6] représente une vue en perspective du connecteur de signal visible sur la figure 3.

[0030] [Fig. 7] représente une vue en perspective du connecteur de signal de la figure 5 avec l’organe de rappel élastique.

[0031] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

[0032] La figure 1 représente un ensemble 1 pour véhicule hybride, comportant une machine électrique tournante 10 et un module électrique de commande 55. Avantageusement, le module électrique de commande 55 est disposé sur une face d’extrémité arrière de la machine électrique tournante 10. Le module électrique de commande 55 comprend de préférence un onduleur de puissance.

[0033] La figure 2 représente la machine électrique 10 comportant un stator 11 polyphasé entourant un rotor 12 d'axe X monté sur un arbre 13. Le stator 11 de la machine 10 entoure le rotor 12 avec présence d’un entrefer entre la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 est porté par un carter 14 muni d’un palier avant 17 et d’un palier arrière 18. Les paliers 17 et 18 comportent chacun un roulement 15 afin d’assurer un montage en rotation de l’arbre 13 par rapport au carter 14 de la machine électrique 10. De préférence, les paliers 17, 18 sont réalisés en acier ou aluminium.

[0034] L'assemblage de la machine électrique 10 s'effectue par l'arrière au moyen de tirants de fixations 19 permettant le maintien de l'ensemble des paliers 17 et 18, du stator 11 , et du rotor 12. On utilise de préférence quatre tirants 19 espacés deux à deux d'un angle de 90 degrés plus ou moins 10 degrés, tel que montré sur la figure 1 . Un des paliers 17 ou 19 pourra également comporter des oreilles de fixation à un élément d'une boîte de vitesses ou à un autre élément du véhicule automobile.

[0035] L'ensemble rotor 12 - paliers 17 et 18 - tirants de fixation 19 est monté d'un même côté de la machine électrique 10 (de l'arrière vers l'avant). On peut ainsi mettre en oeuvre un procédé de montage simplifié, standard, et automatisé.

[0036] L'arbre 13 est équipé de cannelures droites, hélicoïdales ou lisses avec serrage pour réaliser l'accouplement avec une boîte de vitesses, ou un différentiel de train de véhicule automobile.

[0037] Cette machine électrique 10 pourra être destinée à être accouplée à une boîte de vitesses appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine 10 est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 10kW et 50kW. Alternativement, la machine électrique 10 pourra être implantée sur un essieu du véhicule automobile, notamment un essieu arrière.

[0038] Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d’un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Des aimants permanents sont implantés dans des ouvertures du corps 19. Les aimants peuvent être implantés suivant une configuration en V. Alternativement, les aimants sont implantés radialement à l’intérieur des cavités, les faces en vis-à-vis de deux aimants adjacents étant de même polarité. Il s’agit alors d’une configuration à concentration de flux. Les aimants pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Alternativement, les pôles du rotor 12 pourront être formés par des bobines.

[0039] En outre, le rotor 12 comporte deux flasques 22 plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale du rotor 12. Ces flasques 22 assurent une retenue axiale des aimants à l'intérieur des cavités et servent également à équilibrer le rotor 12. Un ressort pourra également être inséré à l’intérieur de chaque cavité afin de maintenir radialement les aimants à l’intérieur des cavités. [0040] Par ailleurs, le stator 11 comporte un corps 20 constitué par un paquet de tôles ainsi qu’un bobinage 21. Le corps 20 est formé par un empilement de feuilles de tôles indépendantes les unes des autres et maintenues sous forme de paquet au moyen d’un système de fixation adapté. Le paquet de tôles est doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage du bobinage 21 du stator 11. Le corps 20 est muni de dents délimitant deux à deux des encoches pour le montage du bobinage 21 du stator 11 .

[0041] Le bobinage 21 comporte un ensemble d'enroulements de phase 48 traversant les encoches du corps 21 du stator 11 et formant des chignons 25 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps 20 du stator 11 . Les enroulements de phase 48 sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle. Les sorties des enroulements de phase 48 sont reliées au module électrique de commande 55, de préférence un onduleur de puissance, par l’intermédiaire d’un interconnecteur 54. Ce module comporte des éléments de puissance, tels que des transistors de type MOFSET, reliés aux sorties de phase et de neutre, ainsi qu’un circuit électronique de contrôle desdites éléments de puissance.

[0042] Comme représenté sur la figure 3, l’interconnecteur 54 comporte deux blocs d’entrées/sorties 48a, 48b des enroulements de phase 48, chaque bloc comportant trois entrées/sorties des enroulements de phase 48. Ces enroulements de phase 48, que l’on peut également appeler plus simplement entres/sorties de phases peuvent être des entrées de phase par lesquelles les roulements du stator sont aliments électriquement ou des sorties de phases par lesquelles la puissance générée par les enroulements est collectée. Les entrées/sorties de phases 48 peuvent également être des points neutres, notamment dans le cas d’une connexion en étoile.

[0043] L’homme du métier comprendra qu’une machine électrique tournante fonctionnant en simple triphasé comprend un seul bloc d’entrées/sorties, qu’une machine électrique tournante fonctionnant en double triphasé - comme dans l’exemple de la présente invention - comprend deux blocs d’entrées/sorties, qu’une machine électrique tournante fonctionnant en triple triphasé comprend trois blocs d’entrées/sorties, etc.

[0044] Le palier arrière 18 comporte en outre une pluralité d’ouvertures pour le passage des entrées/sorties de phases 48. [0045] L’interconnecteur 54 est fixé sur une face du palier arrière 18 tournée vers l’extérieur de la machine électrique 10. Il sera possible de prévoir des moyens d’indexage pour garantir un positionnement correct de l’interconnecteur 54 par rapport au palier 18, notamment pour garantir les sorties de phase 48 et les sorties de neutre en regard des postes correspondantes de l’interconnecteur 54.

[0046] Les moyens de fixation de l’interconnecteur 54 sur le palier 18 pourront consister en des organes de fixation 57, tels que des vis, traversant des trous de fixation ménagés dans l’interconnecteur et situés en coïncidence de trous taraudés réalisés dans le palier arrière 18.

[0047] L’interconnecteur 54 comporte un corps 53 surmoulé sur des pistes conductrices de phase et de neutre. Chaque piste est noyée dans le corps 53 à l’exception de portions d’extrémités libres 49. En l’occurrence, les extrémités libres 49 sont repliées axialement vers le haut par rapport à la portion de liaison surmoulée. Le corps 53 est réalisé avantageusement dans un matériau isolant, notamment en plastique. Le corps 53 présente une forme annulaire sensiblement coaxiale avec l’arbre 13.

[0048] Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 3, une entrée 34 et une sortie (non visible sur le plan de coupe) de liquide de refroidissement sont agencées pour permettre la circulation du liquide à l’intérieur d’une chambre 38 s’étendant suivant la périphérie externe du stator 11 (cf. figure 2). Le liquide de refroidissement pourra par exemple être à vase d’eau ou d’huile, de préférence à base d’eau. Le chambre 38 est délimitée par la périphérie externe du palier avant 17 et par la périphérie interne du palier arrière 18. Deux joints 39 sont situés aux extrémités axiales de la chambre 38 pour en assurer son étanchéité.

[0049] Comme cela est illustré sur la figure 4 et 5, l’interconnecteur 54 est destiné à être connecté électriquement avec un connecteur de signal 50. Le connecteur de signal 50 est destiné à s'insérer à l'intérieur d'une cavité 66 ménagé dans une partie en saillie 58 de l’interconnecteur 54. La fixation du connecteur de signal 50 avec l’interconnecteur 54, en particulier avec la partie 58 pourra être réalisée par exemple par encliquetage à l’aide de moyens de verrouillage 59, tels que deux clips 59 visibles sur la figure 4. Ces clips permettent ainsi de maintenir en position le connecteur de signal 50 avant qu’il soit lui- même connecté au module électrique de commande 55 qui le comprimera au fond de la cavité 66 (cf. figure 5). En d’autres termes, le connecteur de signal 50 n’est en contact avec l’interconnecteur 54 que par le biais de ces clips 59 et seulement lorsqu’il n’est pas connecté avec le module électrique de commande 55. Lorsque le connecteur de signal 50 est connecté avec le module électrique de commande 55, les clips 59 ne servent plus à verrouiller le connecteur de signal 50 dans la cavité 66 de l’interconnecteur 54.

[0050] Comme on peut le voir sur la figure 5, le connecteur de signal 50 est destiné à être connecté électriquement avec un élément de connecteur 60 complémentaire appartenant au module électrique de commande 55.

[0051] Le connecteur de signal 50 véhicule les signaux de commande basse tension, tels que des signaux relatifs à la position angulaire du rotor issus par exemple d'un capteur à effet Hall ou de signaux de température issus par exemple d'un capteur intégré au stator de la machine électrique 10.

[0052] L’ensemble 1 comprend en outre un organe de rappel élastique 5 agencé pour découpler le connecteur de signal 50 de la machine électrique 10. L’organe de rappel élastique permet ainsi de séparer ces deux pièces. Dans l’exemple considéré, l’organe de rappel élastique 5 est en appui contre le connecteur de signal 50 et l’interconnecteur 54, en particulier une face d’appui 80 dudit interconnecteur 54.

[0053] Comme cela est illustré sur les figures 4 à 7, le connecteur de signal 50 comporte un épaulement 51 sur une face duquel est monté en appui un organe de rappel élastique 5. L’organe de rappel élastique 5 fait le tour du connecteur de signal 50, en particulier d’une partie en saillie 52 située vers l’avant, et présente une forme oblongue.

[0054] L’organe de rappel élastique 5 est un matériau à base d’élastomère, et/ou de caoutchouc et/ou de silicone, de préférence un élastomère silicone.

[0055] Par ailleurs, il est à noter que lorsque le connecteur de signal 50 positionné à l’intérieur de la cavité 66 de l’interconnecteur 54 coopère avec l’élément de connecteur 60 complémentaire, l’organe de rappel élastique 5 vient en appui contre la face d'appui intérieure 80 de l’interconnecteur 54 de manière à être écrasé entre la face d’appui 80 de l’interconnecteur 54 et ledit épaulement 51 .

[0056] En variante non représentée, l’organe de rappel élastique 5 peut être en appui contre le connecteur de signal 50 et une face d’appui du palier 18.

[0057] En outre, l’organe de rappel élastique 5 comprend une lèvre intérieure 6 disposée au contact de la partie en saillie 52 du connecteur de signal 50. [0058] Dans l’exemple considéré, le connecteur de signal 50 est de type femelle et ledit élément de connecteur 60 complémentaire est de type mâle. L'élément de connecteur 60 comporte des bornes reliées à des éléments de commutation du module de commande 55 et destinées à coopérer avec les bornes de puissance du connecteur de signal 50.

[0059] L'élément de connecteur 60 comporte également des bornes électriques reliées à une unité de commande et destinées à coopérer avec les bornes du connecteur de signal 50 véhiculant les signaux de commande.

[0060] Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

[0061] En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.