EP3815222A1 - Fabrication d'un dispositif de distribution de puissance électrique multiphasée - Google Patents

Fabrication d'un dispositif de distribution de puissance électrique multiphasée

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Publication number
EP3815222A1
EP3815222A1 EP19790614.2A EP19790614A EP3815222A1 EP 3815222 A1 EP3815222 A1 EP 3815222A1 EP 19790614 A EP19790614 A EP 19790614A EP 3815222 A1 EP3815222 A1 EP 3815222A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
independent conductive
conductive elements
distribution device
power distribution
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19790614.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-François SAVARIEAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVO Carbon France
Original Assignee
AVO Carbon France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVO Carbon France filed Critical AVO Carbon France
Publication of EP3815222A1 publication Critical patent/EP3815222A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
    • H02K15/0062—Manufacturing the terminal arrangement per se; Connecting the terminals to an external circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/20—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for assembling or disassembling contact members with insulating base, case or sleeve
    • H01R43/24—Assembling by moulding on contact members
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/38—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation around winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to a current distribution device for a brushless electric machine.
  • the brushless electric machines or self-controlled synchronous machine with permanent magnets, form a family of electric machines operating, seen from the outside, with a DC power supply, an electronic control system converting the continuous electric power into two-phase or three-phase alternating electric power.
  • the electronic control system is integrated in the motor, while for higher powers, it constitutes an external inverter.
  • Brushless motors are, for a given power, light and space-saving, and they allow high speeds of rotation. Their performance therefore justifies a growing interest in these engines in recent years.
  • motors are used for portable tools, such as drills, screwdrivers, mowers, brushcutters or compactors, in robotics or in reduced models such as planes or radio-controlled cars, in computer disc players, or also in the automotive field: electric traction machines are often brushless machines. They are also used for electric bikes.
  • the machine consists of permanent magnets distributed around the periphery of the rotor and of a multiphase winding on the stator, source of a rotating magnetic field.
  • stator is at the periphery and the rotor is central.
  • the inertia of the rotor in general low, and the speeds reached by this type of motor can reach 10000rpm.
  • stator is central, while the bell-shaped rotor rotates around the stator.
  • This latter configuration is advantageous in terms of engine torque, since the magnets are arranged over a large diameter, which creates a lever arm as a result.
  • the rotor follows in synchronized fashion.
  • the system is equipped with a rotor position sensor, in order to ensure its autopiloting.
  • Brushless motors offer, compared to brushed motors, the advantages of less wear due to the absence of wear parts, low dust generation, and the absence of mechanical overheating associated with these. friction. There is also less noise pollution.
  • Motors can be offered by range of engines from the same supplier, varying within the range by their dimensions and power. It is interesting to be able, with the same series of basic components, to equip different motors of the same range, or close in design.
  • the method comprises a step of disposing of independent conductive elements each comprising a track forming an arc of a circle, seen from a distance, of the same radius, so as to define electrical contacts on different angular sectors for the machine to be equipped, then a step of overmolding the independent conductive elements arranged with a thermoplastic material forming a support for the brushless electric machine.
  • connection bars or independent conductive elements improve assembly and the reliability of assembly and operation.
  • the assembly is done with very few tools.
  • the method comprises an assembly, to form an independent conductive element, of a semicircular track, of a terminal consisting of a plate arranged perpendicular to the plane of the track at the end thereof and of hooks for fixing the distribution device to the windings of the electric machine.
  • the use of versatile means offers compatibility between models of similar dimensions, of different powers, for which it is nevertheless possible to keep certain parts, in particular hooks for fixing the distribution device to the motor windings and the terminals. connection, configured to interact with the user interface. These technologies (winding and interface) are typically constant at the same engine manufacturer.
  • the surface covering is limited to only the parts in interface with external elements (customer interface, winding interface), which induces a reduction in the use of contaminating surface treatment processes.
  • the final product can also be 5 to 7% lighter than equivalent products on the market.
  • the disposal step is done by putting as many independent conductive elements as there are phase to the electric power to be distributed, as well as an additional independent conductive element for a neutral connector;
  • the disposal step is done by putting independent conductive elements superimposed on each other so as to form a male plug comprising male connection terminals of the independent conductive elements next to each other;
  • the disposal step is made by putting independent conductive elements superimposed so that their respective ends are accessible for the supply of the different coils of the brushless electric machine;
  • the disposal step is done by putting several elements of independent conductors provided with a male connection terminal superimposed on a semicircle and an independent conductor element without male connection terminal on the other semicircle ;
  • the disposal step is made by placing independent conductive elements on successive steps of a molding impression and by overmolding the independent conductive elements in the impression; - the independent conductive elements are made of copper, and are provided with conductive hooks turned to the side intended to receive the brushless electric machine;
  • the independent conductive elements are made of copper, and the mounting of the semi-circular track, of the terminal consisting of a plate and of hooks is done by electrical welding, micro-TIG welding or laser welding;
  • the semi-circular track is obtained by unwinding a copper wire to which a radius of curvature and a suitable cross-section shape are given.
  • the means used are flexible, and there is a limited need for specific tools, and the methods of obtaining them are adaptable to all sizes of engines.
  • FIG. 1 shows an example of a brushless electric machine, seen from the outside
  • FIGS. 2 and 3 show a basic element of a connection device according to the invention, before and after assembly of its parts;
  • FIGS. 4 and 5 show the different basic elements of a dispensing device according to the invention, seen in exploded configuration, the elements being positioned relative to each other for assembly;
  • a brushless electric motor 100 It comprises in a casing 101 cylindrical, of revolution, an input shaft 102 output coaxial with the housing.
  • the casing 101 carries magnets by pair of poles around its internal periphery, and constitutes an external rotor connected to the input-output shaft 102.
  • the casing 101 and the input-output shaft 102 rotate at the same speed.
  • Inside the casing 101 are coils by multiples of three, supplied with three-phase current, so as to rotate the magnets carried inside the casing 101, which causes the latter to rotate and input output shaft 102.
  • the supply of the brushless motor 100 is done using direct current, transformed by on-board power electronics into a three-phase current supplying the stator coils, which are in number multiple of three.
  • connection support 103 Opposite the input-output shaft 102 on the opposite base of the cylinder constituting the casing, is located a connection support 103.
  • connection support 103 allows the supply of the three coils or groups of coils, with the three-phase current supplied by a distribution device.
  • FIG 2 there is shown a construction module of the distribution device according to the invention, which is used to bring the electric current to the coils.
  • This distribution device is developed according to the typology of the motor, namely its size and its power, to distribute the current to the motor coils from the energy source.
  • the distribution device consists of four inserts arranged in a particular way to manufacture the assembly.
  • Figure 2 shows the structure of one of the inserts.
  • the insert bears the reference 200 it consists of a semicircular track 201, a terminal 202 consisting of a plate arranged perpendicular to the plane of the track 201 at the end thereof, and two hooks 203 and 204.
  • FIGS 2 and 3 show the detail of an assembled phase conductor (U-V-W).
  • the conductor comprises a flat wire curved 201.
  • the curve is dependent on the diameter of the motor.
  • a terminal 202 is attached welded to the flat wire placed in a curve 201.
  • the welding modes that can be used are in particular electric welding, laser welding or even micro TIG welding.
  • Hooks 203 and 204 are also added welded to the flat wire placed in curve 201.
  • the welding modes are again electric welding, laser welding or even micro TIG welding.
  • the number of hooks per conductor 200 depends on the design of the motor, and more precisely on the number of coils per phase. Thus, if there are two coils on the phase, two hooks are placed on the conductor.
  • FIG 3 there is shown the insert 200 after assembly of the four parts thus stated.
  • the hooks 203 and 204 are oriented in the same half-space as the connector terminal 202 with respect to the plane of the track 201. It is specified that the connector terminal 202 and the winding hooks 203 and 204 are assembled by electric welding on runway 201.
  • the insert 200 is essentially defined by the amplitude of the angular sector of the blade 201, the positioning of the winding hooks 203 and 204 and the number of winding hooks on the insert.
  • the track 201 and the terminal 202 and the hooks are made of 99% pure copper.
  • the terminals 202 and the winding hooks 203, 204 are covered with a protective layer against corrosion in various possible materials, such as lead-free tin, nickel, silver or gold.
  • Figure 4 there is shown the four inserts for building an example, according to one embodiment of the dispensing device.
  • the inserts are referenced 301, 302, 303 and 304.
  • the inserts 301 to 303 correspond to the description which has been made with reference to FIG. 3, but the length of their track increases from the insert 301 towards the insert 302 and insert 303.
  • a hook is always present, on each of these three inserts, at the end opposite to the terminal, and the second hook is placed at an intermediate position, closer to the terminal for insert 301, closer to the opposite hook for insert 303, and intermediate for insert 302.
  • the insert 304 is devoid of terminal, is based on a track of just under half a turn and carries six hooks, distributed regularly from one end to the other of the track, and all turned towards the same half space.
  • the conductor 304 is provided to perform the neutral function, the conductor 303 is provided to carry one of the phases and is united to the terminal 403 visible in FIG. 5, the conductor 302 is provided to carry a second of the phases and is united to terminal 402, and the conductor 301 is provided to carry the third phase and is connected to terminal 401.
  • Each of these conductors is fitted with hooks.
  • the function of these hooks is to connect the conductor to the associated coils by a suitable winding of wires on the hook and on the coils according to the rules of the art.
  • the coil wire can be soldered to the hook.
  • the hooks lead the voltage U (Volt) and the current I (Amp) to the stator coils.
  • Figure 5 shows the exploded view of a distributor assembly or connection device according to the invention, based on the inserts of Figure 4 and therefore composed of four conductors as mentioned above. These conductors are arranged concentrically and are superimposed on each other. The space between each of these conductors is such that they ensure perfect electrical isolation between the phases. This distance is a function of the power P (W) of the motor and the nature of the insulating material which coats each of the conductors.
  • the inserts 301 to 304 are placed coaxially around an axis XX by defining a cylinder of revolution around it, the inserts 301 to 303 on one side of the cylinder and the insert 304 on the other side of the cylinder, all the hooks directed towards the same half-space.
  • the terminals of the inserts 301 to 303 are placed close to each other, with a slight angular offset around the axis XX so that they are not superimposed, in the terminal order of the insert 301, terminal of the insert 302 and terminal of the insert 303.
  • the four inserts are positioned in an overmolding of thermoplastic material 400, having a generally annular shape and placed around the axis X-X.
  • the overmoulding 400 comprises seven legs turned towards the half-space opposite to the half-space towards which the hooks of the inserts are turned.
  • Figure 6 shows in an overview the assembled connection device 500. It includes overmolding 400 within which the four inserts are present. The seven legs of the overmold are facing half a space, and the hooks and terminals 401 to 403 are facing the other half space.
  • Terminals 401 to 403 are terminals or terminals that interface with the inverter. This actively drives the motor by varying the potential difference U (Volt) and the intensity I (Amp) at the terminals to adapt the power P (W) of the motor through these two components: the torque C (N / m) and speed of rotation w (R / s).
  • the neutral or ground function is provided through the casing of the stator of the motor. This envelope is metallic and therefore allows this function.
  • FIGs 7 and 8 is shown the overmolding process, and more specifically the establishment of all the conductors in the imprint of the thermoplastic or thermosetting injection mold.
  • the four inserts 301 to 304 are finely positioned in mold cavities, lower 450 and upper 451.
  • FIG 9 there is shown a sectional view of the conductors in place in the mold cavity.
  • the zone 600 is intended to be filled with thermoplastic material, different channels, for example the channel 700 bringing the material in fluid form so as to proceed with the molding, by filling then cooling. Once the thermoplastic material has cooled, the lower and upper indentations are separated and the dispensing device 800 is released.
  • FIG. 10 represents the BusBar product (called phase connector or inverter interface or intermediate connector) after the overmolding step.
  • the thermoplastic or thermosetting overmolding step consists in coating each of the conductors with an insulating material. It has several objectives: to provide electrical isolation between each conductor, to structure the power distribution device by providing it with the necessary geometry in relation to the design of the engine, to keep each of the conductors united. The construction of the inserts, prior to overmolding, will be presented below.
  • Figure 1 1 shows the first phase of construction. It consists in the unwinding of wire 700 to transform it into a conductor with radius R and length of cord corresponding to its angle a depending on the target motor.
  • Figure 12 shows the second phase of construction. It includes the welding of the hooks 200, using a welding coordinate machine 800 the number and position of which depend on the definition of the motor, then the welding of a terminal or terminal 401, 402 or 403 in the phase conductor case.
  • Figure 13 shows a conductor 301 assembled. In the case of a phase conductor, it consists of the conductor, hooks and a terminal, in the case of the neutral conductor, it consists of the conductor and hooks.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)

Abstract

Procédé de fabrication d'un dispositif de distribution de puissance électrique multiphasée pour une machine électrique sans balais, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de disposition d'éléments conducteurs indépendants comprenant chacun une piste formant un arc de cercle, en sorte de définir des contacts électriques sur différents secteurs angulaires pour la machine à équiper, puis une étape de surmoulage des éléments conducteurs indépendants disposés avec un matériau thermoplastique formant support pour la machine électrique sans balais.

Description

FABRICATION D’UN DISPOSITIF DE DISTRIBUTION DE PUISSANCE
ÉLECTRIQUE MULTIPHASÉE "
[0001 ] L’invention porte sur un dispositif de distribution de courant pour une machine électrique sans balais.
[0002] On rappelle que les machines électriques sans balais, ou machine synchrone auto- pilotée à aimants permanents, forment une famille de machines électriques fonctionnant, vu de l’extérieur, avec une alimentation en courant continu, un système électronique de commande convertissant la puissance électrique continue en une puissance électrique alternative diphasée ou triphasée. Pour les puissances modérées le système électronique de commande est intégré dans le moteur, alors que pour les puissances puis élevées, il constitue un onduleur externe.
[0003] Les moteurs sans balais sont, pour une puissance donnée, légers et peu encombrants, et ils permettent des vitesses de rotation élevées. Ainsi, leurs performances justifient un intérêt croissant pour ces moteurs au cours des dernières années.
[0004] Ces moteurs sont utilisés pour les outils portatifs, tels que perceuses, visseuses, tondeuses, débroussailleuses ou compacteuses, en robotique ou dans des modèles réduits comme les avions ou les voitures radioguidés, dans les lecteurs de disques des ordinateurs, ou également dans le domaine de l’automobile : les machines électriques de traction sont souvent des machines sans balais. On les utilise aussi pour les vélos électriques.
[0005] Leur structure est caractérisée par l’absence de connexion électrique sur le rotor. La machine est constituée d’aimants permanents répartis à la périphérie du rotor et d’un bobinage multiphasé sur le stator, source d'un champ magnétique tournant.
[0006] Dans certaines conceptions, le stator est en périphérie et le rotor est central. L’inertie du rotor en général faible, et les vitesses atteintes par ce type de moteur peuvent atteindre 10000tr/min.
[0007] Dans d’autres conceptions, le stator est central, tandis que le rotor, en forme de cloche, tourne autour du stator. Cette dernière configuration est intéressante en termes de couple moteur, car les aimants sont disposés sur un diamètre important, ce qui crée un bras de levier en conséquence. [0008] Dans les deux cas, sous l'effet du champ magnétique tournant créé par les bobines du stator, le rotor suit de manière synchronisée. Le système est muni d'un capteur de position du rotor, afin d'assurer son autopilotage.
[0009] Les moteurs sans balais offrent comparativement aux moteurs avec balais, les avantages d’une moindre usure du fait de l’absence de pièces d’usures, un faible dégagement de poussières, et l’absence d’échauffements mécaniques liés à ces frottements. Il y a aussi moins de nuisance sonore.
[0010] On s’intéresse en particulier aux dispositifs de distribution de puissance électrique amenant la puissance électrique vers la machine, ou quand celle-ci fonctionne en génératrice, collectant et exportant la puissance créée.
[001 1 ] On est intéressé par la mise au point de dispositifs aisément adaptables au type de moteur précis. Des moteurs peuvent être proposés par gamme de moteurs d’un même fournisseur, variant au sein de la gamme par leurs dimensions et leur puissance. Il est intéressant de pouvoir avec une même série de composants de base, équiper différents moteurs d’une même gamme, ou proches en conception.
[0012] Pour cela il est proposé un procédé de fabrication d’un dispositif de distribution de puissance électrique multiphasée pour une machine électrique sans balais.
[0013] Le procédé comprend une étape de disposition d’éléments conducteurs indépendants comprenant chacun une piste formant un arc de cercle, vu de loin, de même rayon, en sorte de définir des contacts électriques sur différents secteurs angulaires pour la machine à équiper, puis une étape de surmoulage des éléments conducteurs indépendants disposés avec un matériau thermoplastique formant support pour la machine électrique sans balais.
[0014] Le procédé est basé sur la génération préalable de barres de connexion ou éléments conducteurs indépendants pour améliorer l'assemblage et la fiabilité de l'assemblage et de l'exploitation. L’assemblage se fait avec très peu d’outils.
[0015] Le procédé comprend un montage, pour former un élément conducteur indépendant, d’une piste semi-circulaire, d’un terminal constitué d’une plaque disposée perpendiculairement au plan de la piste à l’extrémité de celle-ci et de crochets pour fixation du dispositif de distribution aux bobinages de la machine électrique. [0016] L’usage de moyens versatiles offre une compatibilité entre des modèles de dimensions proches, de puissances différentes, pour lesquels il est néanmoins possible de conserver certaines pièces, notamment des crochets pour fixation du dispositif de distribution aux bobinages du moteur et les terminaux de connexion, configurés pour interagir avec l’interface utilisateur. Ces technologies (bobinage et interface) sont typiquement constantes chez un même constructeur de moteurs.
[0017] Du fait du surmoulage, le recouvrement de surface est limité aux seules parties en interface avec des éléments externes (interface client, interface bobinage), ce qui induit une diminution du recours à des processus de traitement de surface contaminants.
[0018] Le produit final peut de plus être 5 à 7% plus léger que des produits équivalents sur le marché.
[0019] Selon des caractéristiques avantageuses et optionnelles :
[0020] - l’étape de disposition est faite en mettant autant d’éléments conducteurs indépendants qu’il y a de phase à la puissance électrique devant être distribuée, ainsi qu’un élément conducteur indépendant supplémentaire pour un connecteur neutre ;
[0021 ] - l’étape de disposition est faite en mettant des éléments conducteurs indépendants superposés les uns aux autres en sorte de former une prise mâle comprenant des terminaux de connexion mâles des éléments conducteurs indépendants les uns à côté des autres ;
[0022] - l’étape de disposition est faite en mettant des éléments conducteurs indépendants superposés en sorte que leurs extrémités respectives soient accessibles pour l’alimentation des différentes bobines de la machine électrique sans balais ;
[0023] - l’étape de disposition est faite en mettant plusieurs éléments de conducteurs indépendants munis d’un terminal de connexion mâle superposés sur un demi-cercle et un élément de conducteur indépendant sans terminal de connexion mâle sur l’autre demi- cercle ;
[0024] - l’étape de disposition est faite en plaçant des éléments conducteurs indépendants sur des gradins successifs d’une empreinte de moulage et en surmoulant les éléments conducteurs indépendants dans l’empreinte ; [0025] - les éléments conducteurs indépendants sont en cuivre, et sont munis de crochets conducteurs tournés du côté destiné à recevoir la machine électrique sans balais ;
[0026] - les éléments conducteurs indépendants sont en cuivre, et le montage de la piste semi-circulaire, du terminal constitué d’une plaque et de crochets est fait par soudure électrique, soudure micro-TIG ou soudure laser ;
[0027] - la piste semi-circulaire est obtenue par déroulage d’un fil de cuivre auquel il est donné un rayon de courbure et une forme de section transversale adaptés.
[0028] La combinaison de fils de rayons de courbure adapté pour chacune des pistes et d’un positionnement sur des gradins successifs d’une empreinte de moulage permet de n’utiliser que la matière nécessaire pour la conduction du courant, sans utiliser un surplus de matériau conducteur pour un accrochage mécanique, par exemple avec un œillet latéral à la piste, ce qui impliquerait une utilisation sous-optimale du matériau conducteur.
[0029] Il est également proposé un dispositif de distribution de puissance électrique multiphasée pour une machine électrique sans balais obtenu selon le procédé évoqué ci- dessus.
[0030] Il est utilisable dans le domaine des moteurs automobiles, dans l’avionique, dans les appareils de type tracteurs ou tondeuses, ainsi que dans l’électroportatif, comme les outils électriques ou les appareils électroménagers équipés d’un moteur, ainsi que dans les jouets et le modélisme, et dans d’autres domaines.
[0031 ] De par le mode d’obtention du dispositif de distribution présenté, les avantages sont les suivants.
[0032] En matière d’amélioration du procédé les moyens utilisés sont flexibles, et il y a un besoin en matière d’outils spécifiques limité, et les modalités d’obtention sont adaptables à toutes les tailles de moteurs.
[0033] Au niveau du produit, il y a optimisation de la masse du produit, qui est de 5 à 7% plus léger que le produit équivalent connu précédemment, et à fonction équivalente, contribution à la réduction de la masse embarquée dans les domaines automobile, avionique, jardinerie, outillage électroportatif ou électroménager portatif.
[0034] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d’exemple illustrant un mode de réalisation de l’invention et dans lesquels :
- La figure 1 montre un exemple de machine électrique sans balais, vue de l’extérieur ;
- les figures 2 et 3 montrent un élément de base d’un dispositif de connexion selon l’invention, avant et après assemblage de ses parties ;
- les figures 4 et 5 montrent les différents éléments de base d’un dispositif de distribution selon l’invention, vu en configuration éclatée, les éléments étant positionnés les uns par rapport aux autres pour l’assemblage ;
- la figure 6 montre le dispositif de distribution selon l’invention, fini ;
- la figure 7 à 10 montrent les étapes du procédé de fabrication du dispositif de distribution, selon l’invention.
[0035] En figure 1 on a représenté un moteur électrique sans balais 100. Il comprend dans un carter 101 cylindrique, de révolution, un arbre d’entrée sortie 102 coaxial avec le carter. Le carter 101 porte sur son pourtour interne des aimants par paire de pôles, et constitue un rotor externe relié à l’arbre d’entrée sortie 102. Le carter 101 et l’arbre d’entrée sortie 102 tournent à la même vitesse. A l’intérieur du carter 101 se trouvent des bobines par multiple de trois, alimentées en courant triphasé, en sorte d’entrainer en rotation les aimants portés à l’intérieur du carter 101 , ce qui entraîne la rotation de celui-ci et de l’arbre d’entrée sortie 102.
[0036] Il existe également des moteurs sans balais à rotor strictement interne.
[0037] L’alimentation du moteur sans balais 100 se fait à l’aide de courant continu, transformé par une électronique de puissance embarquée en un courant triphasé alimentant les bobines du stator, qui sont en nombre multiple de trois.
[0038] A l’opposé de l’arbre d’entrée sortie 102 sur la base opposée du cylindre constituant le carter, est situé un support de connexion 103.
[0039] Le support de connexion 103 permet à l’alimentation des trois bobines ou groupes de bobines, avec le courant triphasé apporté par un dispositif de distribution.
[0040] En figure 2 on a représenté un module de construction du dispositif de distribution selon l’invention, qui est utilisé pour apporter le courant électrique aux bobines. [0041 ] Ce dispositif de distribution est développé en fonction de la typologie du moteur, à savoir sa taille et sa puissance, pour distribuer le courant aux bobines du moteur depuis la source d’énergie.
[0042] Le dispositif de distribution est constitué de quatre inserts disposés d’une manière particulière pour fabriquer l’ensemble. La figure 2 montre la structure d’un des inserts. L’insert porte la référence 200 il est constitué d’une piste semi-circulaire 201 , d’un terminal 202 constitué d’une plaque disposée perpendiculairement au plan de la piste 201 à l’extrémité de celle-ci, et deux crochets 203 et 204.
[0043] Les figures 2 et 3 représentent le détail d’un conducteur de phase (U-V-W) assemblé. Nous présentons le cas de figure d’un conducteur assemblé 200, avec le détail de l’assemblage. Le conducteur comprend un fil plat mis en courbe 201 . La courbe est dépendante du diamètre du moteur. Un terminal 202 est rapporté soudé sur le fil plat mis en courbe 201. Les modes de soudure utilisables sont notamment la soudure électrique, la soudure laser ou encore la soudure micro TIG. Des crochets 203 et 204 sont de plus rapportés soudés sur le fil plat mis en courbe 201. Les modes de soudure sont à nouveau la soudure électrique, la soudure laser ou encore la soudure micro TIG. Le nombre de crochets par conducteur 200 est dépendant de la conception du moteur, et plus précisément du nombre de bobines par phase. Ainsi, s’il y a deux bobines sur la phase, on met en place deux crochets sur le conducteur.
[0044] En figure 3, on a représenté l’insert 200 après montage des quatre pièces ainsi énoncées. Les crochets 203 et 204 sont orientés dans le même demi-espace que le terminal de connecteur 202 vis-à-vis du plan de la piste 201. On précise que le terminal de connecteur 202 et les crochets de bobinage 203 et 204 sont assemblés par soudure électrique sur la piste 201.
[0045] L’insert 200 est essentiellement défini par l’amplitude du secteur angulaire de la lame 201 , le positionnement des crochets de bobinage 203 et 204 et le nombre de crochets de bobinage sur l’insert.
[0046] La piste 201 et le terminal 202 et les crochets sont en cuivre pur à 99%. Les terminaux 202 et les crochets de bobinage 203, 204 sont recouverts d’une couche protectrice contre la corrosion en différents matériaux possibles, comme de l’étain sans plomb, du nickel, de l’argent ou de l’or. [0047] En figure 4 on a représenté les quatre inserts permettant de construire un exemple, suivant un mode de réalisation de dispositif de distribution.
[0048] Les inserts sont référencés 301 , 302, 303 et 304. Les inserts 301 à 303 répondent à la description qui a été faite en référence à la figure 3, mais la longueur de leur piste augmente de l’insert 301 vers l’insert 302 et l’insert 303. Un crochet est toujours présent, sur chacun de ces trois inserts, à l’extrémité opposée au terminal, et le deuxième crochet est placé à une position intermédiaire, plus proche du terminal pour l’insert 301 , plus proche du crochet opposé pour l’insert 303, et intermédiaire pour l’insert 302.
[0049] L’insert 304 est dépourvu de terminal, est basé sur une piste d’un peu moins d’un demi-tour et porte six crochets, répartis régulièrement d’un bout à l’autre de la piste, et tous tournés vers le même demi-espace.
[0050] Le conducteur 304 est prévu pour assurer la fonction neutre, le conducteur 303 est prévu pour porter une des phases et est uni à la borne 403 visible en figure 5, le conducteur 302 est prévu pour porter une deuxième des phases et est uni à la borne 402, et le conducteur 301 est prévu pour porter la troisième phase et est uni à la borne 401 .
[0051 ] Chacun de ces conducteurs est équipé de crochets. La fonction de ces crochets est de relier le conducteur aux bobines associées par un enroulement de fils adéquat sur le crochet et sur les bobines selon les règles de l’art. Alternativement, le fil de bobine peut être soudé sur le crochet. Les crochets conduisent la tension U (Volt) et l’intensité I (Amp) aux bobines du stator.
[0052] La figure 5 présente la vue éclatée d’un ensemble distributeur ou dispositif de connexion selon l’invention, basé sur les inserts de la figure 4 et donc composé de quatre conducteurs comme mentionné ci-dessus. Ces conducteurs sont disposés de façon concentrique et sont superposés les uns aux autres. L’espace entre chacun de ces conducteurs est tel qu’ils assurent un parfait isolement électrique entre les phases. Cette distance est fonction de la puissance P (W) du moteur et de la nature de la matière isolante qui enrobe chacun des conducteurs.
[0053] Les inserts 301 à 304 sont placés coaxialement autour d’un axe X-X en définissant un cylindre de révolution autour de celui-ci, les inserts 301 à 303 d’un côté du cylindre et l’insert 304 de l’autre côté du cylindre, tous les crochets dirigés vers le même demi-espace. Les terminaux des inserts 301 à 303 sont placés proches les uns des autres, avec un léger décalage angulaire autour de l’axe X-X pour qu’ils ne soient pas superposés, dans l’ordre terminal de l’insert 301 , terminal de l’insert 302 et terminal de l’insert 303.
[0054] Les quatre inserts sont positionnés dans un surmoulage en matériau thermoplastique 400, ayant une forme générale annulaire et placé autour de l’axe X-X. Le surmoulage 400 comprend sept pattes tournées vers le demi-espace opposé au demi- espace vers lequel sont tournés les crochets des inserts.
[0055] La figure 6 montre dans une vue d’ensemble le dispositif de connexion 500 assemblé. Il comporte le surmoulage 400 au sein duquel sont présents les quatre inserts. Les sept pattes du surmoulage sont tournées vers un demi-espace, et les crochets et les terminaux 401 à 403 sont tournés vers l’autre demi-espace.
[0056] Les terminaux 401 à 403 sont des bornes ou terminaux en interface avec l’onduleur. Celui-ci pilote activement le moteur en faisant varier la différence de potentiel U (Volt) et l’intensité I (Amp) aux bornes pour adapter la puissance P (W) du moteur au travers de ces deux composantes : le couple C (N/m) et vitesse de rotation w (R/s).
[0057] On s’intéresse à un moteur sans balais qui est un moteur triphasé dont les phases sont les suivantes : U - V - W exprimées en Volts. La tension U (Volt) est équivalente entre chacune paires de bornes ou terminaux.
[0058] La fonction neutre ou masse est assurée au travers de l’enveloppe du stator du moteur. Cette enveloppe est métallique et permet donc cette fonction.
[0059] En figures 7 et 8 on a représenté le procédé de surmoulage, et plus précisément la mise en place de l’ensemble des conducteurs dans l’empreinte du moule d’injection thermoplastique ou thermodurcissable. Les quatre inserts 301 à 304 sont finement positionnés dans des empreintes, inférieure 450 et supérieure 451 , de moule.
[0060] En figure 9, on a présenté une vue en section des conducteurs mis en place dans l’empreinte du moule. On note leurs positionnements concentriques et, du fait d’une petite différence de rayon entre les conducteurs successifs, décalés. Ce mode de positionnement permet d’assurer leurs espacements pour leur isolement électrique. On visualise les trois inserts 301 à 303 qui sont placés sur des marches d’escalier de l’empreinte inférieure 450. La zone 600 est destinée à être remplie de matériau thermoplastique, différents canaux, par exemple le canal 700 amenant le matériau sous forme fluide en sorte de procéder au moulage, par remplissage puis refroidissement. [0061 ] Une fois le matériau thermoplastique refroidi, les empreintes inférieure et supérieure sont désolidarisées et le dispositif de distribution 800 est libéré.
[0062] La figure 10 représente le produit BusBar (appelé connecteur de phases ou interface onduleur ou connecteur intermédiaire) après l’étape de surmoulage. L’étape de surmoulage thermoplastique ou thermodurcissable consiste à enrober chacun des conducteurs d’une matière isolante. Elle à plusieurs objectifs : assurer l’isolement électrique entre chaque conducteur, structurer le dispositif distributeur de puissance en lui apportant la géométrie nécessaire en relation avec le design du moteur, maintenir unis entre eux chacun des conducteurs. [0063] La construction des inserts, préalable au surmoulage, va être présentée ci-après.
[0064] La figure 1 1 présente la première phase de construction. Elle consiste dans le déroulage de fil 700 pour le transformer en un conducteur de rayon R et de longueur de corde correspondant à son angle a en fonction du moteur visé.
[0065] La figure 12 représente la seconde phase de construction. Elle comprend la soudure des crochets 200, à l’aide d’une machine de coordonnées de soudure 800 dont le nombre et la position dépendent de la définition du moteur, puis la soudure d’une borne ou terminal 401 , 402 ou 403 dans le cas de conducteur de phase.
[0066] La figure 13 représente un conducteur 301 assemblé. Dans le cas d’un conducteur de phase, il est constitué du conducteur, des crochets et d’un terminal, dans le cas du conducteur de neutre, il est constitué du conducteur et des crochets.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’un dispositif de distribution de puissance électrique multiphasée (500) pour une machine électrique sans balais, comprenant une étape de disposition d’éléments conducteurs indépendants (301 -304) comprenant chacun une piste (201 ) formant un arc de cercle, en sorte de définir des contacts électriques sur différents secteurs angulaires pour la machine à équiper, puis une étape de surmoulage des éléments conducteurs indépendants (301 -304) disposés avec un matériau thermoplastique (400) formant support pour la machine électrique sans balais, caractérisé en ce que le procédé comprend un montage, pour former un élément conducteur indépendant, d’une piste semi-circulaire (201 ), d’un terminal constitué d’une plaque disposée perpendiculairement au plan de la piste (202) à l’extrémité de celle-ci et de crochets (203, 204) pour fixation du dispositif de distribution aux bobinages de la machine électrique.
2. Procédé de fabrication d’un dispositif de distribution de puissance selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’étape de disposition est faite en mettant autant d’éléments conducteurs indépendants (301 -303) qu’il y a de phase à la puissance électrique devant être distribuée, ainsi qu’un élément conducteur indépendant (304) supplémentaire pour un connecteur neutre, et en mettant des éléments conducteurs indépendants (301 -303) superposés les uns aux autres en sorte de former une prise mâle comprenant des terminaux de connexion mâles (401 -403) des éléments conducteurs indépendants les uns à côté des autres, et en mettant plusieurs éléments de conducteurs indépendants (301 -303) munis d’un terminal de connexion mâle superposés sur un demi- cercle et un éléments de conducteur indépendant sans terminal de connexion mâle sur l’autre demi-cercle.
3. Procédé de fabrication d’un dispositif de distribution de puissance selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l’étape de disposition est faite en plaçant des éléments conducteurs indépendants (301 -303) sur des gradins successifs d’une empreinte de moulage (450) et en surmoulant les éléments conducteurs indépendants dans l’empreinte.
4. Procédé de fabrication d’un dispositif de distribution de puissance selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments conducteurs indépendants sont en cuivre, et que le montage de la piste semi-circulaire (201 ), du terminal constitué d’une plaque (202) et de crochets (203, 204) est fait par soudure électrique, soudure micro-TIG ou soudure laser.
5. Procédé de fabrication d’un dispositif de distribution de puissance selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la piste semi-circulaire (201 ) est obtenue par déroulage d’un fil de cuivre auquel il est donné un rayon de courbure et une forme de section transversale adaptés.
6. Procédé de fabrication d’un dispositif de distribution de puissance selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le terminal (202) et les crochets (203-204) sont recouverts d’une couche protectrice contre la corrosion.
7. Dispositif de distribution de puissance électrique multiphasée pour une machine électrique sans balais obtenu selon le procédé selon l’une des revendications 1 à 6.
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