Titre de l'invention : machine électrique tournante avec un capteur de température

[0001] [L’invention concerne notamment une machine électrique tournante munie d’un capteur de température.

[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 automobile.

[0003] Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe et un stator fixe. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le 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] Dans la machine de l’art antérieur décrite dans le document brevet

FR3046507 le capteur de température est clipsé sur le bobinage statorique. Un tel montage du capteur de température est difficile à mettre en œuvre. . En effet, la forme des chignons formés par le bobinage statorique ne permet pas d’avoir une zone pour facilement intégrer un capteur de température. Les solutions mises en œuvre la plupart du temps nécessitent la mise en place de résine sur le chignon stator, ce qui augmente les risques au niveau du procédé de fabrication et notamment le risque de pollution rotor ou stator. De plus, le capteur de température étant éloigné de l’électronique de commande à laquelle il est raccordé, le signal allant du capteur à l’électronique de commande en est perturbé ce qui gêne pour obtenir une mesure fiable de la température de la machine. [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 objet de chercher une solution plus adaptée pour l’intégration d’un capteur de température dans la machine.

[0007] Selon la présente invention, la machine électrique tournante d’axe X comporte un arbre portant un rotor entouré par un stator porté intérieurement par un palier avant et un palier arrière reliés entre eux, un ensemble électronique monté axialement sur le palier arrière comprenant une électronique de commande, un capot adapté pour coiffer l’électronique de commande, un capteur de température, le capteur de température comprenant une sonde de mesure adaptée pour mesurer la température localement et une portion de connexion électrique de la sonde à l’électronique de commande, caractérisée en ce que le capteur de température est porté par l’ensemble électronique.

[0008] La présente invention permet donc d’avoir un capteur de température proche de l’électronique pour un raccordement plus facile du capteur de température à l’électronique, ce qui limite également les coûts.

[0009] Selon un mode de réalisation de l’invention, l’ensemble électronique comprend également une électronique de puissance montée axialement entre le palier arrière et l’électronique de commande.

[0010] Selon un mode de réalisation, la machine comprend également un capteur de position du rotor, un connecteur en matériau conducteur thermiquement connectant électriquement le potentiel de masse du capteur de position à la broche de masse de l’électronique de commande, la sonde de température étant en contact thermique avec ledit connecteur au niveau de la connexion électrique du potentiel de masse du capteur de position à la broche de masse de l’électronique de commande.

[0011] Le capteur de position étant plongé dans l’enceinte de la machine, la température du conducteur allant du capteur de position à l’électronique de commande de la machine est sensiblement la même que la température dans l’enceinte de la machine à proximité du bobinage stator et rotor. On obtient donc ainsi une mesure de température représentative de la température machine. [0012] Dans un mode de réalisation, le capteur de position est un capteur à effet Hall, associé à une cible calée en rotation sur le rotor et implantée axialement entre le rotor et le palier arrière, le capteur de position comprenant une portion de détection adaptée pour détecter le passage de la cible magnétique.

[0013] Dans un mode de réalisation, la sonde du capteur de température est montée sur le capot.

[0014] Le capteur de position est positionné dans une région de la machine où il y a un bon brassage d’air. Une telle configuration permet d’obtenir une mesure de température représentative de la température machine.

[0015] Dans un mode de réalisation, le capot comprend une partie métallique et un élément plastique logeant la portion de connexion au véhicule, l’élément plastique couvrant axialement partiellement la partie métallique, la sonde du capteur de température étant portée par l’élément plastique.

[0016] Dans un mode de réalisation, la portion de connexion est en plastique.

[0017] Dans un mode de réalisation, la sonde du capteur de température est montée sur la partie métallique, la sonde du capteur de température étant encapsulée dans un matériau d’encapsulation dont la conductivité thermique est plus faible que celle du métal.

[0018] Dans un mode de réalisation, la gaine isolante dans laquelle est encapsulée la sonde de température est une gaine plastique.

[0019] 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.

[0020] La [Figure 1] représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d’une machine électrique tournante selon un exemple de mise en œuvre de l’invention.

[0021] La [Figure 2] est une vue éclatée de l’ensemble électronique de la machine.

[0022] La [Figure 3a] est une vue en perspective détaillée du capteur de position. [0023] La [Figure 3b] est une vue isolant le capteur de position et l’électronique de commande et illustrant l’assemblage entre ces deux composants de la machine selon le premier mode de réalisation de la machine.

[0024] La [Figure 4] illustre schématiquement le flux d’air dans la machine.

[0025] La [Figure 5] est une vue éclatée de l’ensemble électronique de la machine muni du capteur de température selon le deuxième mode de réalisation.

[0026] 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. De plus, les exemples 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. 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.

[0027] La figure 1 représente un exemple de machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine 10 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 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.

[0028] Dans cet exemple, la machine 10 comporte un boîtier 11. A l'intérieur de ce boîtier 11 , elle comporte, en outre, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d’un axe X. Dans la suite de la description, la direction axiale correspond à l'axe X, traversant en son centre l’arbre 13, alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment 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. [0029] Dans cet exemple, le boîtier 11 comporte un flasque avant 16 et un flasque arrière 17 qui sont assemblés ensemble. Ces flasques 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un palier accouplé à un roulement à billes 18, 19 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 13. En outre, le boîtier 11 comporte des moyens de fixation 14 permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule.

[0030] Un organe d’entraînement tel qu’une poulie 20 peut être fixé sur une extrémité avant de l’arbre 13. Cet organe permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre ou à l’arbre de transmettre son mouvement de rotation à la courroie. Dans la suite de la description, les dénominations avant/arrière se réfèrent à cet organe. Ainsi une face avant est une face orientée en direction de l’organe alors qu’une face arrière est une face orientée en direction opposée dudit organe.

[0031] L’extrémité arrière de l’arbre 13 porte, ici, des bagues collectrices 21 appartenant à un collecteur 22. Des balais 23 appartenant à un porte-balais 24 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 21. Le porte-balais 24 est relié à un régulateur de tension (non représenté).

[0032] Le flasque avant 16 et le flasque arrière 17 peuvent comporter des ouvertures sensiblement latérales pour le passage d’un flux d’air en vue de permettre le refroidissement de la machine 10 par circulation d'air engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 25 agencé sur une face axiale avant du rotor 12 et d’un ventilateur arrière 26 agencé sur une face axiale arrière dudit rotor.

[0033] Dans cet exemple, le rotor 12 est un rotor à griffe comportant deux roues polaires 31. Chaque roue polaire 31 est formée d’un plateau 32 orienté transversalement, d’une pluralité de griffes 33 formants des pôles magnétiques et d’un noyau 34 cylindrique. Le rotor comporte une bobine 35 enroulée autour du noyau. Par exemple, les bagues collectrices 21 appartenant au collecteur 22 sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine 35. Le rotor 12 peut également comporter des éléments magnétiques, tels que des aimants permanents, interposés entre deux griffes 33 adjacentes. Alternativement, le rotor peut être formé d’un paquet de tôles logeant des aimants permanents formant les pôles magnétiques. [0034] Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 27 formé d'un paquet de tôles doté d'encoches, équipées d’isolant d’encoche pour le montage d’un bobinage électrique 28. Le bobinage traverse les encoches du corps 27 et forment un chignon avant 29 et un chignon arrière 30 de part et d'autre du corps du stator. Par ailleurs, le bobinage 28 est formé d’une ou plusieurs phases comportant au moins un conducteur électrique et étant reliées électriquement à un ensemble électronique 36.

[0035] L’ensemble électronique 36 qui est ici monté sur le boîtier 11 , comporte au moins un module électronique de puissance 37 permettant de piloter au moins une phase du bobinage 28. Le module électronique de puissance 37 forme un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée en une tension continue et inversement. Le module électronique de puissance comprend avantageusement des modules de puissance 370 et des diodes adaptées XXX /blocs capacités 371.

[0036] L’ensemble électronique 36 comprend également un module électronique de commande 38. L’ensemble du module électronique de puissance 37 et du module électronique de commande 38 est illustré à la figure 2.

[0037] Un capteur de température 40 est utilisé pour effectuer une mesure de la température de la machine pendant son fonctionnement.

[0038] Le capteur de température 40 comprend une sonde de mesure 401 connectée électriquement au module électronique de commande 38 par une portion de connexion 402. La portion de connexion 402 comprend deux connecteurs s’étendant de la sonde de température 401 , permettant de relier électriquement la sonde de température à l’électronique de commande pour effectuer la mesure de température.

[0039] Dans les différents modes de réalisations décrits ci-dessous, le capteur de température est avantageusement localisé à la fois à proximité de l’ensemble électronique, et dans des zones adaptées pour avoir une mesure de température de la machine fiable.

[0040] Dans un premier mode de réalisation, la machine comprend également un capteur de position 50 connecté à l’ensemble électronique 36 comme illustré à la figure 2. Le capteur de position 50 permet de mesurer la position du rotor 12. Ce capteur de position 50 coopère pour cela avec une cible magnétique 51 afin de délivrer une information relative à la position angulaire du rotor.

[0041] La cible magnétique 51 , plus communément appelée encodeur magnétique, est par exemple un aimant. Cet élément magnétique 51 est calé en rotation sur le rotor 12. Ce calage peut être réalisé physiquement en positionnant de manière relative l’encodeur et les roues-polaires, ou simplement grâce au logiciel suite à l’assemblage de la machine. La cible est par exemple fixée sur un porte-cible solidaire en rotation du rotor 12. La cible est implantée axialement entre le rotor 12 et le flasque arrière 17.

[0042] Ce capteur de position 50 détaillé à la figure 3a comprend une portion de détection 52 comprenant par exemple trois sondes de position 520 par exemple des sondes à effet Hall. Ces sondes sont positionnées dans l’entrefer de la machine, à proximité de l’axe en regard de la cible 51.

[0043] Chaque sonde à effet hall du capteur de position est raccordée électriquement à l’électronique de commande 38. De chaque sonde à effet Hall

520 s’étend deux connecteurs de deux polarités opposées connectant la sonde à effet Hall aux bornes de l’électronique de commande, et un connecteur de masse

521 connectant électriquement le potentiel de masse de la sonde à la broche de massede l’électronique de commande, comme illustré à la figure 3b. L’ensemble des connexions entre les sondes et l’électronique de commande forme la portion de connexion 53.

[0044] L’ensemble de la portion de connexion 53 et de la portion de détection 52 est avantageusement surmoulée dans un boîtier plastique 54 .

[0045] Les sondes à effet hall 520 sont localisées dans une région de la machine dans laquelle la température de l’air est représentative de la température machine. La figure 4 présente le flux d’air créé grâce aux ventilateurs positionnés sur le rotor ainsi que grâce au cheminement avantageusement créé par l’assemblage des différents composants. L’air qui entre par les ouvertures supérieures du palier et permet de refroidir le bobinage avant de ressortir par les ouvertures latérales.

[0046] Le connecteur de masse 521 en un matériau qui est un très bon conducteur thermique et n’étant par ailleurs du fait de sa fonction de raccord de masse parcouru par aucun courant, sera sensiblement tout le long à une température représentative de la température de l’air au niveau de la portion de détection de position 52. Le connecteur de masse sera typiquement en aluminium ou en cuivre.

[0047] Dans ce mode de réalisation, la sonde du capteur de température 401 est positionnée au contact thermique avec le connecteur 521 au niveau de la connexion entre le connecteur 521 et la broche de masse de l’électronique comme illustré à la figure 3b.

[0048] La mesure de température ainsi effectuée est donc représentative de la température de l’air dans la machine.

[0049] Dans un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 4, l’ensemble électronique comprend également un capot 60 adapté pour coiffer axialement l’électronique de commande 38. Le capot comprend une partie métallique couvrant axialement l’ensemble électronique 36. La partie métallique 61 est avantageusement axialement couverte d’un élément plastique 62 logeant la connectique permettant de raccorder la machine au véhicule.

[0050] La sonde du capteur de température 401 est avantageusement positionnée axialement au-dessus du capot 60. Compte tenu du fait qu’il y a un bon brassage d’air dans cette région de la machine, la température qui y est mesurée est donc représentative de la température machine.

[0051] Dans une première variante de ce mode de réalisation, la sonde du capteur de température est portée par l’élément plastique 62 décrit précédemment. Le sonde du capteur de température 401 est raccordée électriquement à l’électronique de commande 38. Pour cela une ouverture permettant le passage de la connectique à travers le capot est par exemple effectuée.

[0052] En variante de ce mode de réalisation, la sonde du capteur de température 401 est portée par la partie métallique du capot 61. Compte tenu du caractère métallique du capot coiffant l’ensemble électronique, qui est un très bon conducteur thermique, et du fait que l’ensemble électronique chauffe beaucoup, la température au contact du capot est élevée et non représentative de la température machine. Dans ce mode de réalisation la sonde de température est encapsulée dans une gaine faite en un matériau dont la conductivité thermique est bien plus faible que celle du métal. Ainsi la sonde de température mesure effectivement la température de l’air dans la machine au-dessus de l’électronique, et non celle du capot beaucoup plus élevée. En effet, la sonde ainsi encapsulée dans un matériau faible conducteur thermique thermalise avec l’air ambiant avec une certaine inertie. Un model thermique pourra être éventuellement utilisé pour corriger la mesure faite par la sonde de température pour tenir compte de la gaine autour.

[0053] La mesure de température sera ensuite corrigée en utilisant un model thermique qui permet de prendre en compte la présence de la gaine autour de la sonde.

[0054] La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des rotors pour alternateur ou machine réversible mais elle pourrait également s’appliquer à tout type de machine tournante.

[0055] 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.