Titre de l’invention : dispositif d’interconnexion pour une machine électrique tournante

[0001 ] (L’invention concerne notamment un dispositif d’interconnexion électrique pour une machine tournante.

[0002] L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. On rappelle qu’une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d’une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d’autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule tel qu’un véhicule automobile.

[0003] Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe et un stator bobiné fixe. Le bobinage statorique est connecté à un ensemble électronique 1 . En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator que l’ensemble électronique 1 transforme en courant électrique afin d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation par exemple pour démarrer le moteur thermique.

[0004] Selon le type de bobinage statorique, le positionnement relatif des extrémités de bobinage à connecter par rapport aux bornes de l’ensemble électronique 1 peut varier et l’assemblage de la machine à l’ensemble électronique 1 peut parfois s’avérer compliqué.

[0005] La présente invention vise à permettre d’éviter les inconvénients de l’art antérieur. [0006] A cet effet, la présente invention a donc pour objectif de proposer un dispositif permettant d’accoupler un ensemble électronique 1 et une machine électrique tournante 3.

[0007] Selon la présente invention, le dispositif pour interconnecter des sorties de phase d’une machine d’axe X à un étage de puissance comprend un support portant au moins un conducteur électrique adapté pour connecter électriquement les sorties de phase avec Tétage de puissance, le support étant adapté pour être monté sur une paroi transversale à l’axe X d’un flasque de la machine, cette paroi transversale ayant un diamètre extérieur, au moins une ouïe de sortie de phase dans une zone radialement extérieure et au moins une ouïe centrale dans une zone radialement intérieure, le support étant adapté pour s’étendre radialement entre un diamètre extérieur adapté pour couvrir au moins en partie l’ouïe de sortie de phase et un diamètre intérieur adapté pour dégager au moins en partie l’ouïe centrale ménagée dans cette paroi transversale.

[0008] La présente invention concerne également une machine électrique tournante comprenant un flasque avant et un flasque arrière formant un carter entourant un stator bobiné, le stator bobiné présentant des sorties de phase, un dispositif dont le support est monté sur une paroi transversale à l’axe X du flasque arrière de la machine, cette paroi transversale ayant un diamètre extérieur, au moins une ouïe de sortie de phase dans une zone radialement extérieure et au moins une ouïe centrale dans une zone radialement intérieure, le support s’étendant radialement au-delà du diamètre extérieur de la paroi latérale du flasque en une portion de déflection.

[0009] Selon une réalisation, la portion de déflection porte au moins une extrémité du conducteur formant une patte de connexion à l’étage de puissance.

[0010] Selon une réalisation, le support comprend une portion annulaire de calage adaptée pour coopérer avec une zone annulaire de raccordement de la paroi transversale du flasque arrière, pour caler axialement et radialement le support sur la paroi transversale du flasque arrière

[0011 ] Selon une réalisation, le support comprend une portion d’obturation s’étendant radialement de la portion de calage au diamètre extérieur de la paroi transversale du flasque, la portion d’obturation couvrant au moins en partie une ouïe de sortie de phase, la portion d’obturation portant au moins une extrémité du conducteur adaptée pour être connectée à une sortie de phase.

[0012] Selon une réalisation, la portion de détection et/ou la portion d’obturation s’étendent sur un secteur angulaire du pourtour autour de l’axe X inférieur à 240°.

[0013] Selon une réalisation, la portion de déflection et/ou la portion d’obturation présentent des découpes adaptées pour réduire localement le diamètre extérieur du support.

[0014] Selon une réalisation, le support présente au moins une ouverture débouchante adaptée pour être traversée par une sortie de phase.

[0015] Selon une réalisation, l’ouverture a une section oblongue dans un plan transverse à l’axe X.

[0016] Selon une réalisation, au moins une extrémité d’un conducteur électrique adaptée pour connecter électriquement une sortie de phase s’étend dans une ouverture.

[0017] La présente invention permet donc de faciliter l’assemblage de l’ensemble électronique avec la machine. On réduit ainsi le coût de fabrication et on améliore la robustesse de l’ensemble obtenu. Le dispositif proposé permet avantageusement de de limiter un flux d’air chaud re-entrant dans la machine par des ouïes du flasque. Le refroidissement de la machine est ainsi amélioré et son rendement est optimisé.

[0018] La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de l’invention et de l’examen des dessins annexés.

[0019] La [Figure 1 ] est une vue éclatée de l’ensemble électronique, du dispositif selon l’invention et de la machine électrique tournante.

[0020] La [Figure 2] est une vue en perspective de la machine.

[0021 ] La [Figure 3] est une vue de dessus du dispositif selon un premier mode de réalisation. [0022] La [Figure 4] est une vue de dessus du dispositif selon un deuxième mode de réalisation.

[0023] La [Figure 5] est un schéma illustrant les ouvertures de passage de sorties de phase dans le dispositif selon l’invention.

[0024] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle.

[0025] Les modes de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique. Dans un tel cas, mention serait faite dans la présente description.

[0026] Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, se réfèrent à l’axe X traversant en son centre l’arbre. La direction axiale correspond à l'axe X, un plan axial étant un plan s’étendant autour de l’axe X. Les directions radiales correspondent à des directions perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l’axe, ou plus proche de l’axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un éloignement de l’axe. Un plan s’étendant perpendiculairement à l’axe X est un plan transversal.

[0027] La figure 1 est une vue éclatée d’une machine électrique tournante compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile, ainsi qu’un ensemble électronique. Cette machine électrique tournante transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante est, par exemple, un alternateur, un alterno- démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique. [0028] La machine électrique tournante illustrée à la figure 2 comporte un carter. A l'intérieur de ce carter, elle comporte, en outre, un arbre, un rotor solidaire en rotation de l’arbre et un stator entourant le rotor. Le mouvement de rotation du rotor se fait autour d’un axe X.

[0029] Dans cet exemple, le rotor est par exemple un rotor à griffe (non visible) comportant deux roues polaires. Chaque roue polaire est formée d’un plateau orienté transversalement, d’une pluralité de griffes formants des pôles magnétiques et d’un noyau cylindrique. Le rotor comporte une bobine enroulée autour du noyau. Par exemple, les bagues collectrices appartenant au collecteur sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine. Le rotor peut également comporter des éléments magnétiques, tels que des aimants permanents, interposés entre deux griffes adjacentes. Alternativement, le rotor peut être formé d’un paquet de tôles logeant des aimants permanents formant les pôles magnétiques.

[0030] Dans cet exemple le stator comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi fermées ou ouvertes, équipées chacune d’un isolant d’encoche pour le montage d’un bobinage électrique. Ce bobinage traverse les encoches du corps et forme un chignon avant et un chignon arrière de part et d'autre du corps.

[0031 ] Le carter comporte un flasque avant et un flasque arrière 30 assemblés comme illustré à la figure 1 . Ces flasques sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes respectif pour le montage à rotation de l'arbre. En outre, le carter comporte des moyens de fixation permettant le montage de la machine électrique tournante dans le véhicule.

[0032] Une poulie est fixée sur une extrémité avant de l’arbre, au niveau du flasque avant, par exemple à l’aide d’un écrou en appui sur le fond de la cavité de cette poulie. Cette poulie permet de transmettre le mouvement de rotation issu de la courroie à l’arbre ou à l’arbre de transmettre son mouvement de rotation à la courroie.

[0033] L’extrémité arrière de l’arbre porte, ici, des bagues collectrices appartenant à un collecteur. Des balais appartenant à un porte-balais sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices. Le porte-balais est relié à un régulateur de tension ou un module de commande.

[0034] Le flasque arrière 30, côté ensemble électronique 1 , est typiquement de forme cylindrique autour de l’axe X de révolution. Le flasque arrière présente une paroi axiale 32 s’étendant autour de l’axe X et est fermé du côté opposé au flasque avant par une paroi transversale 31 .

[0035] Le flasque arrière 30 comporte notamment des ouïes centrales 310 dans une zone radialement intérieure 311 de la paroi transversales 31 et des ouïes axiales 320 dans la paroi axiale 32 du flasque. Les ouïes centrales 310 sont disposées autour de l’axe X. Elles sont avantageusement régulièrement disposées autour de l’axe de la machine de part et d’autre du porte balai.

[0036] Le flasque arrière comporte également des ouïes de sortie de phase 330 dans une zone radialement extérieure 313 de la paroi transversale 31 . Les ouïes de sortie de phase 330 sont radialement extérieures par rapport aux ouïes centrales. La paroi transversale 31 est par exemple telle que la zone radialement extérieure 313 s’étend continûment depuis la zone radialement intérieure 311 , via une zone de raccordement 312 qui accompagne un éventuel décalage axial entre la zone radialement intérieure et la zone radialement extérieure. La zone radialement extérieure 313 s’étend radialement jusqu’au diamètre extérieur de la paroi transversale δ.

[0037] Un onduleur représenté à la figure 1 est monté sur le flasque arrière 30 et forme l’ensemble électronique 1 de la machine. L’onduleur comporte un étage de puissance permettant de recevoir ou de fournir un signal électrique de puissance aux phases électriques du bobinage. L’étage de puissance comprend au moins un module de puissance 10 comportant un terminal de puissance agencé pour être connecté électriquement à une sortie de phase pour former une connexion de phase. Le module de puissance forme un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée par les phases du stator en une tension continue et/ou, à l’inverse, pour transformer une tension continue en une tension alternative pour alimenter les phases du stator. L’onduleur comporte également un étage de commande comprenant un module de commande permettant notamment de réguler la tension injectée via le porte-balais au rotor et de faire l’interface avec un calculateur externe du véhicule.

[0038] L’étage de puissance et l’étage de commande sont empilés l’un sur l’autre dans une direction axiale. Plus particulièrement dans cet exemple, l’étage de puissance comporte un dissipateur thermique monté sur le flasque, le module de puissance 10 étant monté sur ledit dissipateur. L’onduleur 1 comporte également un moins une capacité permettant de réaliser un filtrage des signaux électriques de l’onduleur. La capacité est agencée dans un bloc de capacité qui peut contenir une ou plusieurs capacités.

[0039] Les extrémités de bobinage à connecter au module de puissance 10 sortent du flasque arrière 30 par les ouïes de sorties de phase 330 et sont reliées électriquement au pont redresseur.

[0040] Une ouïe de sortie de phase 330 a un diamètre typiquement de l’ordre de 1 à 2cm adapté pour y guider une extrémité de bobinage à interconnecter, en évitant qu’elle soit en contact avec le flasque métallique pouvant provoquer un court- circuit.

[0041] Selon le type bobinage la disposition des extrémités de bobinage à connecter au module de puissance 10 peut être variable. Les extrémités de bobinage peuvent notamment ne pas sortir en regard des bornes du module de puissance 10 auquel elles doivent être connectées. Il est dans ce cas nécessaire d’adapter la position notamment angulairement des extrémités de bobinage pour les ramener à proximité de la borne du module de puissance 10 à connecter.

L’invention prévoit donc un dispositif d’interconnexion 2. Le dispositif est monté entre le dissipateur de l’ensemble électronique 1 et la paroi transversale à l’axe X du flasque arrière. Il est par exemple maintenu par serrage entre le flasque 30 et le dissipateur.

[0042] Le dispositif 2 illustré à la figure 3 comprend un support 200 isolant, par exemple en plastique, dans lequel sont surmoulés des conducteurs électriques 23 par exemple en cuivre. Les conducteurs sont ainsi mieux protégés. Le conducteur 23 est avantageusement seulement partiellement moulé c’est-à-dire qu’à l’une de ses extrémités une partie du conducteur s’étend sensiblement transversalement au plan d’extension du support 200 formant une patte 231 . Les extrémités de chaque conducteur 230, 231 sont avantageusement positionnées en fonction de la position des ouïes de sortie de phase 330 et des bornes du module de puissance 10, respectivement à proximité de l’extrémité de bobinage à connecter et à proximité de la borne du module de puissance 10. La patte 231 d’extension transversale sera avantageusement connectée à la borne du module de puissance. L’autre extrémité du conducteur 230 sera localement découverte/dénudée de manière à pouvoir être connectée à l’extrémité de bobinage correspondante.

[0043] La circulation d’air dans la machine, en vue de son refroidissement est engendrée, notamment, par la rotation d’un ventilateur monté sur le rotor côté flasque arrière qui aspire l’air par les ouïes centrales 310. L’air circule ensuite dans le carter en passant notamment à travers le bobinage du stator, et est rejeté par les ouïes radiales 320 du flasque arrière. Une partie du flux d’air qui entre au centre de la machine et est expulsé radialement reboucle notamment sous forme d’air chaud à travers les ouïes de sortie de phase 330 du flasque qui sont situées à proximité des ouïes radiales du flasque.

[0044] L’invention propose donc également d’obturer au maximum lesdites ouïes de sortie de phase du flasque par le support de lïnterconnecteur. Les fonctions d’interconnexion et d’obturation sont donc assurées par une seule et même pièce 2, dont le support 200 est monobloc.

[0045] Le support 200 a avantageusement une forme annulaire s’étendant entre un diamètre intérieur 01 adapté pour dégager les ouïes centrales du flasque 310, de sorte à permettre le flux d’air entrant dans la machine, et un diamètre extérieur 02. Le diamètre extérieur 02 est tel que le support s’étend radialement au-delà des ouïes de sortie de phase 330. Les ouïes de sorties de phase 330 du flasque sont donc en majeure partie couvertes par le support à l’exception de petites ouvertures 210 débouchantes prévues dans le support 200 sensiblement en regard axialement des ouïes 330.

[0046] Une ouverture 210 dans le support est avantageusement de dimension juste suffisante pour y faire passer une extrémité de bobinage. Une ouverture 210 a typiquement un diamètre de l’ordre de 2 à 5mm. L’extrémité 230 du conducteur à connecter à une sortie de phase s’étend avantageusement dans cette ouverture 210.

[0047] Lors de l’assemblage de la machine 3 à l’électronique 1 , l’extrémité de bobinage à connecter est insérée dans l’ouverture 210 puis soudée à l’extrémité 230. L’extrémité de bobinage est ainsi connectée à la patte 231 du même conducteur 23, la patte 231 étant connectée au module de puissance 10.

[0048] Les ouvertures 210 ont avantageusement une section oblongue dans un plan transverse à l’axe X. Les ouvertures ont avantageusement une section circulaire adaptée pour y faire passer une extrémité de bobinage en limitant l’espace permettant un passage de flux d’air autour de l’extrémité de bobinage à travers l’ouverture. Le support 200 étant en matériau isolant, le contact entre l’extrémité de bobinage et le support ne pose pas de soucis.

[0049] Comme illustré à la figure 5, les ouvertures 210 ont avantageusement par exemple un diamètre qui diminue le long de la direction de l’axe X. Dans un plan de coupe passant par l’axe X, l’ouverture 210 a une forme en entonnoir inversé, c’est-à-dire que le diamètre de l’ouverture diminue entre l’extrémité débouchante de l’ouverture côté flasque et l’extrémité débouchante de l’ouverture côté module de puissance. Les ouvertures 210 étant ainsi aussi petites que possible, on évite le rebouclage indésirable d’air chaud par les ouïes de phase. Les ouvertures ont une section oblongue dans le plan transverse à l’axe X. Elles ont par exemple avantageusement une section circulaire.

[0050] En variante il est envisagé de remplir de silicone l’espace minime restant autour de l’extrémité de bobinage dans l’ouverture du support 200, après l’assemblage, de manière à empêcher tout flux d’air par cette ouverture 210 lorsque la machine est assemblée.

[0051 ] Le support 200 s’étend radialement sur tout ou partie du pourtour du diamètre extérieur de la paroi transversale du flasque de la machine.

[0052] Le diamètre 02 extérieur du support 200 peut avantageusement être supérieur au diamètre extérieur δ de la paroi transversale du flasque 31 sur lequel il est monté, de sorte à déporter autant que possible le flux d’air sortant des ouïes radiales du flasque. Le support 200 s’étend radialement continûment de l’intérieur vers l’extérieur entre le diamètre intérieur 01 et le diamètre extérieur 02 du support 200, en une portion annulaire de calage 20, une portion annulaire d’obturation 21 et une portion annulaire de déflection 22.

[0053] Lorsque le support 200 est monté sur le flasque arrière, la portion annulaire de calage 20 couvre la zone annulaire de raccordement de la paroi transversale du flasque 312 en épousant le décroché lié au décalage axial de la surface de la paroi transversale du flasque 31 . Le support 200 est ainsi calé axialement et radialement sur la paroi transversale du flasque 31 . La face du support destinée à être en regard du flasque peut également présenter une pluralité de reliefs, certains des reliefs de ladite face du support étant complémentaires de reliefs du flasque de manière à améliorer encore ce calage permettant de constituer un indexage angulaire entre les deux pièces. En variante, la surface de la paroi transversale 312 ne présente pas de décroché, la portion de calage 20 s’étendant radialement sensiblement dans un plan vers l’axe depuis la portion la portion d’obturation 21 .

[0054] La portion annulaire d’obturation 21 s’étend entre la portion annulaire de calage 20 et le diamètre δ de la paroi transversale du flasque 31 , et couvre au moins partiellement les ouïes sorties de phase 330. La portion de déflection 22 s’étend annulairement au-delà du diamètre de la paroi transversale ô du flasque 31 . La portion de déflection peut par exemple porter les patte 231 à connecter au module de puissance, dans le cas où l’ensemble électronique a un diamètre supérieur au diamètre de la machine par exemple.

[0055] Les portions d’obturation 21 et de déflection 22 peuvent ne s’étendre que sur une partie du pourtour du diamètre extérieur ô de la paroi transversale du flasque 31 (figure 4) dans le cas par exemple où les ouïes de sorties de phase sont réparties sur seulement une partie de ce pourtour, de sorte à couvrir avec le support le moins possible de la paroi transversale 31 . Lesdites portions d’obturation 21 et de déflection 22 peuvent avantageusement ne s’étendre que sur un secteur angulaire du pourtour autour de l’axe X inférieur à 240°.

[0056] Les conducteurs 23 peuvent avantageusement s’étendre dans le support 200 de sorte que les extrémités à connecter aux extrémités de bobinage se situent dans la portion d’obturation 21 , et les pattes 231 à connecter aux bornes du module de puissance se situent dans la portion de déflection 22. C’est notamment avantageux lorsque les bornes du module de puissance 10 sont déportées au-delà du diamètre de la paroi transversale du flasque 31 . Le diamètre extérieur du support 200 étant sensiblement le même qu’un diamètre extérieur de l’ensemble électronique, on évite ainsi d’augmenter diamétralement l’encombrement de la machine.

[0057] Les conducteurs 23 ont ainsi dans le plan du support 200 des formes alternativement en C ou en S, selon que les extrémités à connecter sont radialement alignées ou décalées. L’extrémité à connecter au bobinage statorique 230 est donc radialement intérieure par rapport à l’extrémité 231 à connecter au module de puissance.

[0058] Les conducteurs 23 sont avantageusement disposés par paires, avec le long du pourtour du support, deux conducteurs en C puis deux conducteurs en S et à nouveau deux conducteurs en C. Par une telle disposition les extrémités 230 sont avantageusement regroupées en deux groupes de trois extrémités équidistantes les unes des autres, ce qui correspond aux positions des sorties de phase. Les extrémités 231 sont disposées sous forme de trois paires. Une des paires comprend les extrémités 231 des deux conducteurs en S. Les deux autres paires comprennent les extrémités 231 de deux conducteurs en forme de C adjacents. Les extrémités 231 sont ainsi disposés avantageusement de la même façon que les sorties du module de puissance à connecter.

[0059] Le refroidissement est cependant encore amélioré dans le cas où un minimum de la paroi transversale 31 du flasque est couverte par le support. Il peut être par exemple avantageux de prévoir des découpes 201 dans le support de sorte que des parties de support ne portant pas de conducteurs soient retirées. Un tel découpage permet que le support 200 couvre un minimum de la surface de la paroi transversale du flasque 31 . Un tel découpage permet également de minimiser l’utilisation de matière ce qui limite le poids et le coût.

[0060] Les découpes 201 illustrées à la figure 4 sont effectuées dans les portions d’obturation 21 et de déflection 22, réduisant ainsi localement le diamètre du support 200. Les portions d’obturation et de déflection deviennent alors discontinues, le long du pourtour du diamètre de la paroi transversale du flasque. [0061] Le diamètre intérieur du support présente également avantageusement des encoches et des languettes 202 dans le plan d’extension du support, illustrées à la figure 3, de sorte à mieux s’encastrer entre le flasque 30 et l’électronique 1 et en épouser les contours. [0062] La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des alternateurs ou machines réversibles mais elle pourrait également s’appliquer à tout type de machine tournante.

[0063] Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.