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Title:
COIL OUTPUTS CONNECTED TO AN ELECTRICAL CONNECTION BRIDGE BY MEANS OF ULTRASONIC WELDING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/134387
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric motor for a motor vehicle starter, comprising: at least two positive-polarity brushes; at least one electrical connection bridge (91, 92) in the form of a flat section (961) connecting to the positive brushes; at least two field coils, each coil comprising an output (Sb) in the form a flat section (960) connected electrically to the electrical connection bridge (91, 92); and a welded portion (107) between part of the flat section (961) of the electrical connection bridge (91, 92) and part of the flat section (960) of the coil output (Sb), said welded portion (107) including a cavity (95) on a face opposite the welded contact face (970, 971), the height (L3) of said cavity (95) being at least 20% of a thickness of the flat section (960, 961) containing the cavity (95).

Inventors:
VERNAY, Eric (77 rue du Bret, Villefontaine, 38090, FR)
Application Number:
FR2017/050228
Publication Date:
August 10, 2017
Filing Date:
February 02, 2017
Export Citation:
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Assignee:
VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR (2 rue André Boulle, Creteil Cedex, 94046, FR)
International Classes:
H02K23/66; H02K3/52; H02K3/28; H02K13/10
Domestic Patent References:
WO2013001236A22013-01-03
Foreign References:
US6208058B12001-03-27
DE102012217670A12014-03-27
DE102008041688A12010-03-04
US20090200888A12009-08-13
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
RICARD, Amandine (Valeo Equipements Electriques Moteur, 2 rue André-Boulle, Creteil Cedex, 94046, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Moteur électrique pour véhicule automobile, notamment pour un démarreur, caractérisé en ce qu'il comprend:

- des balais (35) de polarité positive,

- au moins un pont de connexion électrique (91 , 92) en forme de méplat (961 ) connectant au moins deux balais de polarité positif,

- au moins deux bobines inductrices (B1 -B4), chacune des deux bobines inductrices comportant une sortie (Sb) en forme de méplat (960) reliée électriquement audit pont de connexion électrique (91 , 92),

- une portion soudée (107) comportant une partie du méplat (961 ) dudit pont de connexion électrique (91 , 92) et une partie du méplat (960) de sortie de bobine (Sb) soudées ensemble, ces deux parties des méplats (960, 961 ) comportant chacune une face de contact soudée (970, 971 ),

- et en ce que ladite portion soudée (107) présente, sur une face opposée à la face de contact soudée (970, 971 ) d'un des deux méplats (960,

961 ), un creux (95, 95') ayant une hauteur (L3) d'au moins 20% d'une épaisseur du méplat (960, 961 ) dans lequel est réalisé ledit creux (95, 95').

2. Moteur électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque face opposée à la face de contact soudée (970, 971 ) de chaque méplat (960, 961 ) présente une empreinte striée (108).

3. Moteur électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit creux (95, 95') présente une hauteur (L3) comprise entre 25% et 60% de l'épaisseur (L2) du méplat (960, 961 ) dans lequel est réalisé ledit creux (95, 95'). 4. Moteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit creux (95, 95') présente une hauteur (L3) comprise entre 25% et 40% de l'épaisseur (L2) du méplat (960, 961 ) dans lequel est réalisé ledit creux (95, 95').

5. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque méplat (960, 961 ) présente une épaisseur (L2) comprise entre 1 et 3 mmm.

6. Moteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le méplat (960) des sorties de bobine (Sb) présente une épaisseur de l'ordre de 1 .2mm.

7. Moteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le méplat du pont de connexion électrique (91 , 92) présente une épaisseur de l'ordre de 2.6mm.

8. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit creux (95, 95') s'étend uniquement dans ladite portion soudée (107). 9. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit creux (95, 95') s'étend au-delà de ladite portion soudée (107).

10. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit creux (95) présente une forme de portion de sphère.

1 1 . Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit creux (95') présente une forme de portion de cylindrique.

12. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que ladite portion soudée (107) comprend des traces de soudure à ultrasons telles que les ultrasons ont été orientés parallèlement aux deux faces en contact soudées (970, 971 ) de chacun des deux méplats (960, 961 ).

13. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit pont de connexion électrique (91 , 92) et lesdites sorties (Sb) des bobines conductrices sont réalisées en aluminium.

14. Démarreur de moteur thermique pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Description:
SORTIES DE BOBINES ETANT CONNECTEES SUR UN PONT DE CONNEXION ELECTRIQUE PAR SOUDURE A ULTRASONS

La présente invention porte sur un démarreur de véhicule automobile muni de sorties de bobines connectées sur un pont de connexion électrique par soudure à ultrasons.

De façon connue en soi, un porte-balais comporte des balais montés coulissant à l'intérieur de cages ouvertes du côté d'un collecteur du collecteur électrique. Des moyens élastiques, tels que des ressorts sollicitent les balais contre les lames du collecteur.

Les tresses des balais sont reliées électriquement à la borne de sortie positive du contacteur via un pont de connexion électrique. En outre, le pont est également connecté à des sorties de bobines électriques. Afin de réaliser la connexion entre ces deux éléments, le pont et les sorties de bobine présentent une forme en méplat et sont soudés par un procédé par ultrasons consistant à mettre en mouvement une des deux pièces par rapport à l'autre qui est maintenue fixe. Une pression appliquée perpendiculairement au plan de contact des pièces va provoquer, par frottement, l'assemblage par fusion des deux pièces sans apport de matériau. Toutefois, on a observé des variations importantes de la tenue à l'arrachement des soudures par ultrasons, dans un lot de soudure testé à l'arrachement, il a été identifié des arrachements en dessous du seuil requis pour résister aux vibrations, notamment il a été identifié des arrachements à 109 et 140 Newtons. Il existe donc un risque de dessoudage entre le pont et la tresse des balais. Cela s'explique notamment par des variations de la dureté des matériaux ou encore le niveau d'usure du dispositif de soudage.

L'invention vise à augmenter la tenue mécanqiue des soudures garantir une qualité optimale de soudure quelle que soit la variation des paramètres précités en proposant un moteur électrique pour véhicule automobile, notamment pour un démarreur, caractérisé en ce qu'il comprend:

- des balais de polarité positive, - au moins un pont de connexion électrique en forme de méplat connectant au moins deux balais de polarité positif,

- au moins deux bobines inductrices, chacune des deux bobines inductrices comportant une sortie en forme de méplat reliée électriquement audit pont de connexion électrique,

- une portion soudée comportant une partie du méplat dudit pont de connexion électrique et une partie du méplat de sortie de bobine soudées ensemble, ces deux parties des méplats comportant chacune une face de contact soudée,

- et en ce que ladite portion soudée présente, sur une face opposée à la face de contact soudée d'un des deux méplats, un creux ayant une hauteur d'au moins 20% d'une épaisseur du méplat dans lequel est réalisé ledit creux.

La présence du creux au niveau de la portion soudée correspond à la présence d'un bossage du côté opposé qui permet de focaliser l'énergie au niveau de la soudure pour en augmenter la tenue. L'invention permet donc d'augmenter une tenue à l'arrachement. En effet, lors d'un test, avec une même machine à soudure à ultrason soudant deux méplats en aluminium, la moyenne de tenue à l'arrachement des soudures des méplats comprenant un bossage avant soudure a été de 280 Newtons contre une moyenne de 180 N lorsque les soudures des deux méplats en aluminium ont été réalisées sans bossage. Selon un autre test, la moyenne de tenue à l'arrachement des soudures des méplats comprenant un bossage avant soudure à ultrason a été de 220 Newtons contre une moyenne de 140 N lorsque les soudures des deux méplats en aluminium ont été réalisées sans bossage selon les soudures l'invention. De plus on a remarqué une disparité des valeurs de tenue à l'arrachement des soudures moins grande avec bossage que sans bossage.

Selon une réalisation, ladite portion soudée comprend des traces de tenue des méplats lors des soudures à ultrasons telles que les ultrasons ont été orientés parallèlement aux deux faces en contact soudées de chacun des deux méplats.

Selon une réalisation, ladite portion soudée comprend des traces de tenue des méplats lors des soudures à ultrasons sur les deux faces opposés des faces en contact soudées de chacun des deux méplats. Cela implique que la soudure a été réalisée par ultrason en vibrant les méplats dans une direction parallèle aux faces en contact soudées. Selon un exemple de soudure à ultrason, Selon une réalisation, chaque face opposée à la face de contact soudée de chaque méplat présente une empreinte striée. Ces empreintes proviennent du tenu des méplats lors du procédé de soudage à ultrason.

Selon une réalisation, ladite portion soudée comprend des traces de soudure à ultrasons telles que les ultrasons ont été orientés parallèlement aux deux faces en contact soudées de chacun des deux méplats. Selon une réalisation, ladite portion soudée comprend des traces de soudure à ultrasons telles que les vibrations dues aux ultrasons ont été orientés parallèlement aux deux faces en contact soudées de chacun des deux méplats.

Selon une réalisation, ledit creux présente une hauteur comprise entre 25% et 60% de l'épaisseur du méplat dans lequel est réalisé ledit creux.

Selon une réalisation, ledit creux présente une hauteur comprise entre 25% et 40% de l'épaisseur du méplat dans lequel est réalisé ledit creux.

Selon une réalisation, chaque méplat présente une épaisseur comprise entre 1 et 3 mmm. Selon une réalisation, le méplat des sorties de bobine présente une épaisseur de l'ordre de 1 .2mm.

Selon une réalisation, le méplat du pont de connexion électrique présente une épaisseur de l'ordre de 2.6mm.

Selon une réalisation, ledit creux s'étend uniquement dans ladite portion soudée.

Selon une réalisation, ledit creux s'étend au-delà de ladite portion soudée. Selon une réalisation, ledit creux présente une forme de portion de sphère. Selon une réalisation, ledit creux présente une forme de portion cylindrique. Selon une réalisation, ledit pont de connexion électrique et lesdites sorties des bobines conductrices sont réalisées en aluminium.

L'invention a également pour objet un démarreur de moteur thermique pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique tel que précédemment défini.

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.

La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un démarreur de moteur thermique de véhicule automobile selon la présente invention;

La figure 2 représente une vue en perspective d'un porte-balais selon l'invention appartenant au démarreur de la figure 2;

La figure 3 montre l'ensemble formé par les bobines inductrices, les ponts de connexion électrique ainsi que les balais de polarité positive; La figure 4 est une représentation du schéma électrique de montage des bobines inductrices dans le démarreur selon la présente invention;

La figure 5a représente une vue de face d'un méplat de sortie de bobine comportant un bossage en forme de sphère ainsi qu'une vue de dos faisant apparaître la forme du creux correspondant; La figure 5b représente une portion soudée entre le méplat de bobine de la figure 5a et un méplat d'un pont correspondant faisant apparaître la forme du creux visible après l'opération de soudage des deux pièces;

La figure 6a représente une vue de face d'un méplat de sortie de bobine comportant un bossage de forme allongé ainsi qu'une vue de dos faisant apparaître la forme du creux correspondant;

La figure 6b représente une portion soudée entre le méplat de bobine de la figure 6a et un méplat d'un pont correspondant faisant apparaître la forme du creux visible après l'opération de soudage des deux pièces; La figure 7 est une représentation schématique d'une machine de soudage par ultrasons permettant d'assurer l'assemblage entre une sortie de bobine inductrice et un pont de connexion électrique.

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

En référence à la figure 1 , le démarreur 1 1 selon l'invention comporte notamment un arbre d'entraînement 12, un lanceur 13 monté sur l'arbre d'entraînement 12, et un moteur électrique 15 composé d'un stator inducteur 16 et d'un rotor induit 17 solidaire d'un arbre 18. Le moteur 15 comporte une carcasse 21 montée sur un support 22 du démarreur 1 1 destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule automobile.

Un réducteur de vitesse 23 à engrenages de type train épicycloïdal est de préférence intercalé entre une extrémité arrière de l'arbre d'entraînement 12 et l'arbre 18 du moteur électrique 15. Le démarreur 1 1 comporte également un contacteur électromagnétique 25 ayant une cuve métallique 28 équipée d'un jeu de bobines d'excitation 29a, 29b. Des bornes 31 , 32 sont conformées pour former chacune un contact fixe à l'intérieur de la cuve 28. L'une des bornes 31 est destinée à être reliée à la borne positive de la batterie du véhicule. L'autre borne 32, dite borne de sortie positive, est connectée au bobinage inducteur du stator 16 et aux balais 35 de polarités positives, comme cela est expliqué plus en détails ci- après.

Ces balais 35 frottent sur des lames conductrices 38 d'un collecteur 39 pour alimenter le bobinage rotorique. Les balais 35 appartiennent à un porte- balais 42 équipé de cages 43 de guidage et de réception des balais 35. Ces balais 35 sont sollicités en direction des lames conductrices 38 par des moyens élastiques 44 de type ressort. Un palier 45 du flasque arrière sert au montage à rotation d'une extrémité de l'arbre 18 du moteur électrique 15.

De manière connue, lors de l'excitation de la bobine d'appel 29a, un noyau mobile 48 est attiré par attraction magnétique en direction d'un noyau fixe 49 du contacteur 25 pour, d'une part, agir après rattrapage d'un jeu sur une tige 50 portant un contact mobile 51 pour provoquer la fermeture des contacts 31 , 32 du contacteur 25 et alimenter le moteur électrique 15, et d'autre part, actionner un levier de commande 52 agissant sur le lanceur 13. L'extrémité supérieure du levier 52 est montée de manière connue à articulation sur une tige mobile 55 reliée élastiquement au noyau mobile 48 via un ressort 56, dit ressort dent contre dent, logé dans le noyau mobile 48.

Le lanceur 13 peut ainsi passer d'une position de repos dans laquelle un pignon d'entraînement 60 est situé à distance de la couronne de démarrage du moteur thermique à une position active dans laquelle le pignon d'entraînement 60 coopère avec la couronne de démarrage du moteur thermique. L'arbre d'entraînement 12 transmet alors un couple issu du moteur électrique 15 au pignon d'entraînement 60 par le biais d'un corps de pignon 61 , via un dispositif à roue libre 62.

Lorsque le lanceur 13 est dans une position active, le corps de pignon 61 est entraîné, via le dispositif à roue libre 62, par un entraîneur 65. A cet effet, le corps de pignon 61 est monté sur l'arbre d'entraînement par l'intermédiaire de deux coussinets 68, 69 de forme annulaire. Le corps de pignon 61 est monté rotatif dans un palier avant 70 du support 22. Ce palier 70 est constitué à titre d'exemple par un roulement à billes ou en variante par un roulement à aiguilles, ou un palier lisse.

Un ressort 71 sollicite le pignon d'entraînement 60 en direction d'une butée axiale 72. Le ressort 71 sera compressé en sorte que le pignon 60 recule en cas de choc du pignon 60 avec la couronne de démarrage.

La figure 2 est une vue détaillée du porte-balais 42 d'axe X comportant une platine de support 75 de forme sensiblement annulaire sur laquelle est fixé l'ensemble des cages 43 servant chacune de logement à un balai 35.

La platine de support 75 et les cages 43 qu'elle porte viennent se fixer sur le flasque formant le palier arrière 45 pour l'arbre 18 du moteur électrique 15. En outre, la partie centrale de la platine 75 comporte une ouverture 78 par laquelle l'ensemble qu'elle forme avec les cages 43 et les balais 35 est monté autour de l'arbre 18 du moteur électrique 15. Chaque balai 35 est monté à coulissement à l'intérieur d'une cage 43, laquelle est ouverte du côté de l'axe X pour permettre la mise en contact électrique des balais 35 avec les lames 38 du collecteur 39. Une des parois latérales présente une échancrure pour autoriser le passage du bras d'un ressort 44 correspondant. Chaque ressort 44 est en l'occurrence monté autour d'un système de maintien 87 formé par un pion s'étendant axialement par rapport à l'axe X.

Comme cela est bien visible sur les figures 3 et 4, un ensemble de bobines électriques inductrices B1 -B4 du stator 16 est monté électriquement entre la borne de sortie positive 32 du contacteur et les balais 35. L'ensemble de bobines comprend deux demi-ensembles montés en parallèle, chaque demi- ensemble comportant des bobines B1 et B2, B3 et B4 montées en série. Les sorties des bobines B1 et B3 correspondant aux extrémités des fils de bobine sont reliées électriquement à la borne de sortie positive 32 du contacteur 25 via le pont 91 . Les sorties Sb des bobines B2 et B4 sont reliées électriquement aux balais 35 via le pont 92. Les ponts 91 , 92 sont constitués par un conducteur électrique ayant une forme courbée de manière à s'étendre suivant une circonférence de la platine support 75. Le nombre de bobines est ici égal à quatre, mais pourra être adapté en fonction de l'application. Le nombre de balais 35 positifs est égal à deux en figures 2 et 4, et à quatre en figure 3. Ce nombre de balais 35 pourra être adapté en fonction de l'application.

Afin de faciliter la réalisation des soudures entre chaque sortie Sb de bobine et le pont 91 , 92, lesdites sorties Sb et lesdits ponts 91 , 92 comportent une forme de méplat référencée respectivement 960 et 961 . Au moins les sorties Sb ainsi que les ponts 91 , 92 sont réalisées en aluminium. En variante, l'ensemble des bobines B1 -B4 est réalisé en aluminium. En outre, on réalise un bossage 94, 94' sur une partie du méplat 960, 961 d'une des pièces destinée à être soudée avec une partie correspondante du méplat 960, 961 de l'autre pièce. La déformation 94, 94' pourra être réalisé par un procédé d'embossage.

Comme cela est représenté sur la figure 5a, le bossage 94 pourra présenter une forme de sphère, ce qui laisse apparaître un creux 95 de forme correspondante du côté opposé. En variante, comme cela est représenté sur la figure 6a, le bossage 94' pourra présenter une forme allongée de portion de cylindre, ce qui laisse apparaître un creux 95' de forme correspondante du côté opposé. Toute autre forme, par exemple de section rectangulaire ou triangulaire, pourra être envisagée. Sur les figures 5a et 6a, on a représenté un bossage 94, 94' réalisé dans le méplat 960 d'une sortie de bobine Sb. Alternativement, le bossage 94, 94' pourra être réalisé dans le méplat 961 du pont correspondant 91 , 92.

Le bossage 94, 94' présente une hauteur L1 d'au moins 20% de l'épaisseur L2 du méplat mesurée suivant une direction D1 perpendiculaire au plan dans lequel s'étend le méplat 960. Le bossage 94, 94' a une hauteur L1 comprise entre 25% et 60% de l'épaisseur du méplat 960 correspondant. Cette hauteur L1 est par exemple comprise entre 25% et 40% de l'épaisseur du méplat 960 correspondant. Chaque méplat 960, 961 pourra présenter une épaisseur L2 sans le bossage comprise entre 1 et 3mmm. Dans un exemple de réalisation, le méplat 960 des sorties de bobines Sb présente une épaisseur L2 de l'ordre de 1 .2mm; tandis que le méplat 961 des ponts électriques 91 , 92 présente une épaisseur L2 de l'ordre de 2.6mm.

Comme cela est visible sur la figure 7, la soudure est réalisée par un déplacement à haute fréquence de la pièce supérieure (par exemple la sortie de bobine Sb) par une sonotrode 100 sur la pièce inférieure fixe (par exemple le pont 91 , 92) maintenue par une enclume 101 . Bien entendu, il serait possible d'inverser le positionnement des deux pièces l'une par rapport à l'autre. Plus précisément, la partie du méplat 961 du pont 91 , 92 et la partie du méplat 960 des sorties de bobine Sb destinées à être soudées ensemble comportent chacune une face de contact référencée 970 pour la sortie de bobine Sb et 971 pour la face correspondante du pont 91 , 92. Le bossage 94 ou 94' est positionné du côté des faces de contact 970, 971 . Le bossage 94, 94' pourra être porté par la face de contact de la pièce supérieure mobile (la sortie de bobine Sb sur la figure 7).

Les deux organes 100, 101 comportent des stries 105 qui permettent respectivement d'agripper et de maintenir la pièce inférieure pour l'enclume 101 et d'entraîner la pièce supérieure dans le mouvement longitudinal de la sonotrode 100. Ce mouvement longitudinal présente une direction D2 parallèle aux faces de contact 970, 971 des deux méplats 960, 961 . Une pression P appliquée perpendiculairement aux faces de contact 970, 971 permet de provoquer, par frottement, l'assemblage par fusion des deux pièces en contact sans apport de matériau. La présence du bossage 94, 94' permet de focaliser l'énergie au niveau de la soudure pour en augmenter la tenue. Le positionnement des deux méplats 960, 961 pourra être effectué de telle façon que les deux méplats 960, 961 présentent des directions d'allongement D3 et D4 sensiblement perpendiculaires l'une par rapport à l'autre (cf. figure 5b).

Sur le produit fini, on observe ainsi la présence d'une portion soudée 107 montrée en figures 5b et 6b comportant une partie du méplat 961 du pont 91 , 92 et une partie du méplat 960 de la sortie de bobine Sb soudées ensemble. Les deux parties soudées des méplats 960, 961 comportent chacune une face de contact 970, 971 soudée qui n'est pas visible du fait du chevauchement entre ces deux faces 970, 971 . Seul le creux 95, 95' correspondant au bossage 94, 94' est visible et est positionné sur la face opposée à la face de contact soudée 970 ou 971 d'un des méplats. Le creux 95, 95' présente des dimensions correspondantes à celles du bossage 94, 94'. En particulier, le creux 95, 95' présente une hauteur L3 correspondant à la hauteur L1 du bossage 94, 94' précédemment décrite.

Le creux 95, 95' pourra s'étendre uniquement dans la portion soudée 107 comme cela est le cas pour le creux 95 ayant une forme de portion de sphère (cf. figure 5b). En variante, le creux 95, 95' s'étend au-delà de la portion soudée 107, comme cela est le cas pour le creux allongé 95' (cf. figure 6b).

En outre, chaque face opposée à la face de contact soudée 970 ou 971 de chaque méplat 960, 961 présente une empreinte striée 108 due à la déformation appliquée par les stries lors de l'opération de soudage.