EP4128492A1 - Actionneur électrique - Google Patents

Actionneur électrique

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Publication number
EP4128492A1
EP4128492A1 EP21714157.1A EP21714157A EP4128492A1 EP 4128492 A1 EP4128492 A1 EP 4128492A1 EP 21714157 A EP21714157 A EP 21714157A EP 4128492 A1 EP4128492 A1 EP 4128492A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electronic circuit
stator assembly
flange
actuator according
electronic
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
EP21714157.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Edouard DE WATTEVILLE
Jean-René PERNOT
Guillaume CALLERANT
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.)
Sonceboz Mechatronics Boncourt SA
Original Assignee
Sonceboz Mechatronics Boncourt SA
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 Sonceboz Mechatronics Boncourt SA filed Critical Sonceboz Mechatronics Boncourt SA
Publication of EP4128492A1 publication Critical patent/EP4128492A1/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
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges

Definitions

  • the present invention relates to the field of mechatronics and more particularly to electric actuators, for example for automotive applications such as the rapid phase shift of the camshaft of internal combustion engines, over the entire operating range (including when the engine is off), to reduce emissions and fuel consumption while ensuring optimum vehicle performance; as well as the actuation of the water pump of the cooling circuit, to improve the fuel consumption of hybrid vehicles and increase the range of electric vehicles.
  • Such actuators can be placed near the component to be controlled and connected to the automobile battery which then constitutes the power source, a vehicle computer sending the requested steering and torque level information to an electronic circuit.
  • power integrated in the actuator Due to their level of integration on the heat engine, these actuators must be extremely compact, which requires optimizing both the engine part and the electronic circuit. More generally, it is possible to envisage, for such actuators, other applications where the mechatronics assembly must deliver a high torque with a high adjustment dynamic and a high precision.
  • patent application DE102018117987 describes another electric motor solution equipped with a basic motor module and a plug-in module which is electrically and mechanically connected to the basic motor module and is designed as an electronic module.
  • the electronic module consists of the power electronics, the drive electronics and the control electronics, the electronics module and the base motor module each dissipating heat via a heat path (A, B), the heat paths (A, B) being separated from each other.
  • This solution does not make it possible to optimize thermal control.
  • Patent application WO2015144156A1 is also known, which proposes an evacuation solution via the metal cover closing the rear of a mechatronic assembly.
  • the actuator comprises an electric motor equipped with a stator, mounted and fixed in a first housing element, and an electronic module which is mounted and fixed in a second housing element which is itself connected to a stator winding by means of cables. passing through at least one housing element.
  • the housing elements form a single unit heat conducting unit and the housing is designed as a heat sink for the stator and the electronic module.
  • the evacuation by the rear cover is not optimal because this part of the actuator is made of plastic material, having poor thermal conductivity, and its outer surface is exposed to the thermal environment which can be relatively high, in particular for applications concerning heat engines.
  • the present invention relates in its most general sense to an actuator comprising: a stator assembly (30) formed by a pack of sheets (32) surrounded by coils (31) and at least one connector (35, 39), a magnetized rotor assembly (13), an electronic circuit (20) comprising the electronic power components (28, 29) for supplying said stator coils (31), a flange (1) being at least in metallic part, said stator assembly (30) coming into thermal contact with said flange (1), said stator assembly (30) having a housing of a first bearing (11, 12) for guiding a motor shaft (10), characterized in that the metal part of said flange (1) forms a front surface (2) traversed by said motor shaft (10) intended to be connected to the device to be controlled, the electronic power components (28, 29) of said circuit electronics (20) being in direct thermal contact o u indirect with the inner wall of said flange (1) in order to create thermal bridges between the electronic circuit and the metal part of the flange to
  • the stator assembly is in direct or indirect thermal contact with the front surface (2) to create thermal bridges in order to evacuate heat through the front surface on the output side of the motor shaft, said electronic circuit is in contact with said stator assembly to form a block, and that the front surface is configured to receive the block formed by said electronic circuit attached to said stator assembly, the stator assembly is overmolded in a material having a thermal conductivity greater than that of the air, or inserted into a metal casing, said flange comprises a second guide bearing for the motor shaft, said stator assembly ensures the rear closure of said flange, said magnetized rotor assembly comprises a magnet for encoding the position of the rotor capable of interacting magnetically with a magnetic sensor placed on said electronic circuit, the outer surface of said stator assembly exhibits timing elements of said electronic circuit, said coils are electrically connected to the electronic circuit by pressure connectors of the “pressfit” type or alternatively, via metal “leadframes” tracks, the electronic circuit has filtering components of reduced bulk and is positioned in front surface (2)
  • the actuator comprises intelligent electronics and at least two independently controllable three-phase windings, two microcontrollers or a dual microcontroller, the intelligent electronics being able to detect an internal fault by diagnosing the electronic and electrical elements, being able to control an exempt three-phase winding. of faults in order to offer at least half of the nominal torque at nominal current and able to inform the system via the communication channel.
  • the architecture of the actuator according to the invention has the effect that the electronics and the wound stator are placed in thermal contact with the flange, as close as possible to the customer interface, which promotes and simplifies the thermal exchanges with this last.
  • such an architecture makes it possible to simplify the overall structure of the actuator, for example by eliminating the rear cover and the associated ultrasonic welding operation or by any other equivalent solution such as gluing, laser welding, etc.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a first variant embodiment more specifically intended for an application of an electronic camshaft phase shifter
  • FIG. 2 shows a perspective view of an exploded partial section of the overmolded stator assembly according to the first variant embodiment
  • FIG. 3 shows two perspective views from above of the stator assembly of the first variant embodiment before and after the engagement of the electronic circuit
  • FIG. 4 shows a perspective view in partial section of the first embodiment showing the electronic circuit
  • FIG. 5 shows a sectional view of a second variant embodiment
  • FIG. 6 shows two perspective views from above of the stator assembly of the second variant embodiment before and after the engagement of the electronic circuit
  • FIG. 7 shows a perspective view in partial section of the second embodiment showing the electronic circuit
  • FIG. 8 shows a sectional view of a third variant embodiment
  • FIG. 9 shows a perspective view from above in partial section and a perspective view from below of the stator assembly of the third variant embodiment and showing the electronic circuit
  • FIG. 11 shows a perspective view from above of the fourth embodiment, the flange being detached and seen in three-quarter section,
  • FIG. 12 shows a perspective view from above of the fourth variant embodiment without a flange and either without or with the electronic circuit
  • FIG. 13a and FIG. 13b illustrate a comparison of the currents of the power bus and their harmonic decomposition in the case of a conventional architecture and of an architecture optimized to limit the oscillations thereof
  • FIG. 14 shows a block diagram of the control assembly of a mechatronic assembly according to the invention.
  • Said variants relate to an application of the invention of the electric camshaft phase shifter or water pump type, these two applications differ only in the shape of the flange, which allows the actuator to be assembled for the application.
  • the invention relates to the development of a novel optimized architecture, in particular from a thermal point of view. Indeed, such an actuator operates in a difficult environment corresponding to the engine compartment of the vehicle. In addition to vibration stresses, the actuator is subjected to high temperatures (> 120 ° C). However, the latter is said to be intelligent because it comprises complex on-board electronics, some of whose components have critical temperatures that must not be exceeded.
  • the invention aims to use the receiving interface of the actuator, that is to say the cylinder head of the internal combustion engine or the pump body, in order to dissipate the heat emitted by the actuator.
  • FIGS. 1 to 3 represent a first exemplary embodiment, more specifically intended for an application of an electronic camshaft phase shifter.
  • the flange (1) forms a stamped solid block with a front face (2) traversed by the motor shaft (10) driving the member coupled to the actuator.
  • the flange (1) defines a housing in which are positioned: the electronic circuit (20) an overmolded stator assembly (30).
  • the flange (1) has an annular transverse flare (3) complementary to an annular flare (33) of the overmolded stator assembly (30).
  • the flange (1) and the overmolded stator assembly (30) are assembled by means of said annular flares (3, 33) and then held by screws inserted in hollow metal parts (4), allowing the actuator to be fixed on a member. complementary, for example an engine cylinder head.
  • the transverse flare shape is not limited to annular. All the other shapes of the flares, which make it possible to assemble the flange and the stator assembly, can be used.
  • This embodiment also comprises a magnetic rotor assembly (13) comprising a rotor with magnets, a motor shaft (10) and optionally a positioning magnet (17).
  • Said motor shaft (10) is linked to a rotor with permanent magnets made for example of sintered magnets. It is constituted in a known manner by a pack of sheets (16) in which pieces of magnets (15) are embedded.
  • a rotor with surface magnets can be implemented.
  • the motor shaft (10) is guided by a front bearing (11) crimped into the front face (2) of the flange (1) and by a rear bearing (12) integrated in the overmoulded stator assembly (30) .
  • the motor shaft (10) being able to present at its front part a positioning magnet (17) interacting magnetically with Hall probes (26) mounted on the electronic circuit (20) to deliver information on the angular position of the rotor.
  • front will denote the side of the output of the motor shaft (10), this qualifier applying to all the components.
  • the overmolded stator assembly (30) incorporates a yoke formed by a bundle of sheets (32) surrounded by coils (31).
  • the electrical connection between the coils and the electronic circuit (20) is made in a known manner by needle-eye connectors (27) (commonly described as of the “pressfit” type).
  • the overmolding has, on its front end face, protuberances forming positioning pins (34) of the electronic circuit (20).
  • the overmolded stator assembly (30) also incorporates one or more overmolded connectors (35, 39).
  • One of the connectors (35) receives the DC power supply current.
  • the other connector (39) is intended for the input and output of low power control signals: input of the setpoint, preferably image of the torque and direction of rotation requested at the input, output of signals informing about the direction and the speed of rotation.
  • the connectors (35, 39) comprise metal tracks terminated by connectors (40, 41) of the pressfit type intended to ensure the arrival of the power supply and the control signals to the electronic card (20).
  • the overmolded stator assembly (30) thus forms a monolithic block, of cylindrical shape extended by the connectors (35, 39), defining a central cavity for the insertion of the rotor.
  • the disc-shaped electronic circuit (20) can be pushed against the front surface to allow engagement of the connectors (27) and locating pins (34) in the corresponding holes of the printed electronic circuit (20).
  • a thermal paste or glue is deposited between the rear surface of the electronic circuit (20) and the front face of the stator assembly (30) overmolded to improve thermal conductivity between the electronic circuit (20) and the mass of the overmolded stator assembly (30).
  • This assembly is then slipped into the flange (1) before sealing by the peripheral links.
  • This seal (38) may be of the “shape seal” type, that is to say a shaped seal, in order to ensure the seal between the overmolded stator assembly (30) and the flange (1), or an O-ring.
  • a shaped seal In the case of a shaped seal (38), the seal is effected on the flat face of the flange (1) and the groove housing the seal is circular.
  • a shaped seal is suitable for this type of plane contact, and in addition, it has gadroons allowing it to be held in the groove provided for this purpose.
  • the electronic circuit (20) is thus positioned within the inner surface of the front face of the flange (1).
  • a thermal paste or glue ensures thermal conduction between the power components, either the power electronic components (29) of the power bus filter, or the power electronic components (28) being MOS type power switches. , and the inner surface of the flange (1).
  • a nominal distance is maintained between the bottom of the flange (1) and the surface of the electronic components of said electronic circuit (20), the entire electronic circuit (20) can then be in thermal contact with the flange (1) by the intermediate of thermal paste, a thermal adhesive, or possibly a foam with high thermal conductivity.
  • the positioning magnet (17) magnetically interacts with Hall probes (26) mounted on the electronic circuit to provide information on the angular position of the rotor.
  • FIGS. 4 to 7 represent a second exemplary embodiment for an application of an electronic camshaft phase shifter.
  • This differs from the previous one in that the coils (31) are no longer directly connected to the electronic circuit (20) by the “pressfit” connectors (27), but via metal tracks (21) or “leadframe”.
  • metal tracks (21) or “leadframe” In English in order to eliminate the routing of the coils on said electronic circuit (20) which makes it possible to increase the supply current of the coils.
  • a metallic track (21) per electrical phase is used and makes it possible to ensure the distribution of the current to the coils associated with this phase.
  • said metal tracks (21) are assembled in a support part (22) allowing precise positioning and maintenance of the metal tracks (21) on the coiled sheet pack (32), before the overmolding operation, then integrating the overmolded stator assembly (30).
  • the invention includes the use of insulation displacement connectors (not shown) to ensure the electrical connection of the metal tracks (21) to the coils (31) during the operation of positioning the support part (22) on the pack of sheets ( 32) wound.
  • the connectors (24) terminate the metal tracks (21) at their second end and make it possible to ensure electrical contact with the electronic circuit (20).
  • they are of the “pressfit” type and the number of connectors per track is adjusted as a function of the maximum supply current of the electrical phases.
  • this example is not limiting and any type of connection of the tracks to the electronic circuit that a person skilled in the art would consider is included in the invention.
  • This embodiment also differs from the first in that said metal tracks extend axially above the coils (31), reducing the space allocated to the electronic circuit (20) on the outer periphery.
  • said electronic circuit extends over its inner periphery and therefore requires placing the positioning magnet (17) axially facing the electronic circuit (20).
  • FIGS. 8 and 9 represent a third exemplary embodiment for an application of an electronic camshaft phase shifter.
  • This embodiment differs from the previous two in that the electronic circuit (20) is not located inside the transverse annular flare (3), but attached to the rear part of the stator assembly (30). overmolded.
  • This embodiment is preferred in the case where the electronic power components (29) associated with the electronic filter of the power supply are particularly bulky and cannot be advantageously installed inside the metal flange (1).
  • the installation of the electronic circuit (20) on the rear part of the overmolded stator assembly makes it possible to use the space located around the connectors (35, 39) for disposing said electronic power components (29) without increasing the overall dimensions of the electric actuator.
  • a leadframe type connection between the coils (31) and the electronic circuit (20) is used so as to limit the dimensions of said electronic circuit.
  • thermal bridges connect said electronic circuit (20) to the flange (1), these thermal bridges are produced using a metal part (37) showing axial growths (36).
  • Said axial protuberances (36) are advantageously housed in clearances (320) of the pack of sheets (32) to provide a large contact surface with the pack of sheets (32) in order to ensure good evacuation of the heat produced by the losses. in the coils (31) and the sheet metal pack (32), but also so as not to impact on the radial size of the electric actuator.
  • a nominal clearance between the electronic circuit (20) and the metal part (37) makes it possible to ensure good thermal contact by adding a paste, a foam, or a thermal adhesive filling said clearance.
  • thermal contact between the metal part (37) and the flange (1) is provided on both sides by the axial protuberances (36) and the transverse annular flare (3). Finally, a nominal axial clearance between the overmolded stator assembly (30) and the flange (1) is ensured and can be filled with a thermal paste or a thermal foam in order to promote the evacuation of the calories.
  • the annular shape of transverse flare has no limiting effect, but only illustrative. All other shapes of flares are possible.
  • FIGS. 10 to 12 represent a fourth exemplary embodiment for a water pump application.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that the overmolded stator with its electric coils is inserted into a metal casing (5) in order to constitute the stator assembly. It also differs in that the transverse flaring (33) is not produced in the overmolding of the stator, but in the metal casing (5) and in that it does not have a magnet (17) to determine the angular position of the motor shaft (10), this not being particularly desired in the context of a pump.
  • the flange (1) has in its front part a chamber (18), thus forming part of the chamber of the pump body in which the fluid is pumped, this chamber (18) being connected to a duct (25) conveying the pumped fluid.
  • the rear guide (12) of the rotor assembly (13) is a sliding bearing fixed in a flare of the metal casing (5). It can be noted that in the embodiment presented, the front guide (11) is not present, this second guide being produced by the pump to which the actuator is assembled, nevertheless the motor shaft (10) of the rotor is partially guided by an axial annular protuberance (8) of the overmolding of the stator.
  • Said axial annular protuberance (8) opens onto the chamber (18) of the flange (1), and has a diameter slightly greater than the motor shaft (10) so as to let the fluid to be pumped into an internal cavity of the 'stator assembly (30), the fluid then being able to be as close as possible to the packets of sheets (16, 32) of the rotor and of the stator.
  • the actuator is assembled by inserting the rotor assembly into the metal casing (5) at the level of the first bearing (12), then the overmolded stator is driven into the metal casing (5) by guiding partially the motor shaft (10) of the rotor.
  • the electronic card is then assembled on the overmolding of the stator and the flange (1) inserted and held to the stator assembly (30) by fixing screws.
  • this embodiment differs in that it has a single overmolded connector (35) making it possible both to transmit the power supply and the control signals.
  • This embodiment is not, however, limiting of the invention in the context of a pump because the possibility of optimizing the cooling by letting the pumped fluid flow within the magnetic actuator brings additional constraints, such as the management of the tightness which must be done through the addition of multiple gaskets (58, 68) in order to avoid any contact of the fluid with the electronic card, or even by overmolding (6) of the inner surface of the stator sheets and a shrink wrap (14) of the rotor so as to prevent corrosion of the sheets, the latter elements increasing the magnetic air gap reducing the performance of the actuator.
  • this construction does not overcome the evacuation of heat by placing the stator assembly (30) and the electronic card (20) in direct thermal contact with the flange (1), which remains the dissipation means. privileged, this flange (1) allowing better heat exchanges with the circulating fluid. In fact, in the configuration presented, the fluid entering the internal cavity of the stator is not constrained to a flow and the drainage of the calories is then done more by conduction.
  • a significant gain in axial size results from the integration of the electronics directly into the flange (1).
  • This integration is only made possible by reducing the dimensions of the components of the power supply filter, namely capacitors and inductors.
  • two strategies can be implemented. The first results directly from the technological evolution of power electronics, which makes it possible to obtain much smaller dimensions at iso-power, typically a volume reduction by a factor of 2 or 3.
  • An alternative that we are considering is to adapt the motor control, preferably in block switching (BCC - Block Commutation Control) but potentially in vector control (FOC - Field Oriented Control), to limit the current oscillations that the power supply filter will have to absorb.
  • Figure 13a illustrates a comparison of the current oscillations of the power supply at the head of the inverter, said inverter feeding the BLDC motor through block switching (BCC), between a conventional 3-phase configuration ( 61), a non-optimized configuration involving more than 3 phases (62) and an optimized configuration involving more than 3 phases (63).
  • Figure 13b illustrates a comparison of the harmonic decomposition of the power supply current at the level of the inverter head, the latter supplying the BLDC motor thanks to a so-called block switching (BCC), between a conventional configuration at 3 phases (70) and an optimized configuration involving more than 3 phases (80) and showing the reduction of 45% of the harmonics associated with the fundamental chopping frequency of the inverter (71) as well as the reduction of the spectral content of more low frequency (72).
  • BCC block switching
  • This alternative embodiment exploits the space located on the opposite side of the metal flange, the radial size of which is less restricted, it is then possible to advantageously arrange the filtering components around the stator overmolding in order to limit the axial size while controlling the pressure. radial bulk.
  • FIG. 14 represents a block diagram of the control assembly of a mechatronic assembly according to the invention.
  • the system described by the invention proposes to use an intelligent electronic architecture in order to mitigate the degradation of one or more electronic or electrical elements constituting said system.
  • the control electronics can detect it by diagnosing the electronic elements, namely said at least one microcontroller (52), said power switches (28), said module (51) and the electrical elements. , or said motor architecture (100), making up the system, then check at least one of the fault-free assemblies including one of the two three-phase windings in order to offer at least half of the nominal torque at nominal current in said three-phase winding and finally inform the ECU by the communication channel (112) using a defined communication protocol.
  • the fault-free assembly including one of the two three-phase windings can transiently offer an emergency mode with more than half of the nominal torque (Tsecours> 50% Tnominai) by increasing the current in the power switches (28) and therefore the three-phase winding.

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Abstract

L'invention concerne un actionneur électrique comportant: - un ensemble statorique formé par un paquet de tôles entouré de bobines et au moins un connecteur, surmoulé dans une matière présentant une conductivité thermique supérieure à celle de l'air, - un ensemble rotorique aimanté, - un circuit électronique comportant les composants électroniques de puissance pour alimenter lesdites bobines statoriques, - un boîtier au moins en partie métallique traversé par une sortie d'arbre moteur, ledit ensemble statorique surmoulé (30) venant en contact thermique avec ledit boîtier, ledit circuit électronique étant en contact avec ledit ensemble statorique surmoulé, ledit ensemble statorique surmoulé présentant un logement d'un premier roulement de guidage de l'axe dudit rotor, et présentant: - le boîtier forme un flasque métallique traversé par l'axe de sortie configuré pour recevoir le bloc formé par ledit circuit électronique accolé audit ensemble statorique surmoulé, - les composants électroniques de puissance dudit circuit électronique étant en contact thermique direct ou indirect avec la paroi intérieure dudit boîtier, - ledit circuit électronique étant en contact thermique avec l'ensemble statorique surmoulé.

Description

Actionneur électrique
Domaine de l'invention
La présente invention concerne le domaine de la mécatronique et plus particulièrement des actionneurs électriques, par exemple pour des applications automobiles telles que le déphasage rapide de l'arbre à cames de moteurs à combustion interne, sur la totalité de la plage de fonctionnement (y compris lorsque le moteur est à l'arrêt), pour réduire les émissions et la consommation de carburant tout en garantissant au véhicule des performances optimales; ainsi que l'actionnement de la pompe à eau du circuit refroidissement, pour améliorer la consommation de carburant des véhicules hybrides et augmenter l'autonomie des véhicules électriques.
De tels actionneurs peuvent être placés à proximité de l'organe à piloter et reliés à la batterie de l'automobile qui constitue alors la source de puissance, un calculateur du véhicule envoyant les informations de direction et de niveau de couple demandés à un circuit électronique de puissance intégré dans l'actionneur. De par leur niveau d'intégration sur le moteur thermique, ces actionneurs doivent être extrêmement compacts ce qui requiert d'optimiser aussi bien la partie moteur que le circuit électronique. De manière plus générale, on peut envisager, pour de tels actionneurs, d'autres applications où l'ensemble mécatronique doit délivrer un couple élevé avec une grande dynamique d'ajustement et une grande précision.
Une des problématiques principales de ces actionneurs concerne la dissipation de la chaleur générée par les composants de puissance de l'électronique de commande intégrée, au regard de la température ambiante usuellement élevée, des densités de puissance mises en jeu ainsi que de l'extrême compacité requise qui minimise les surfaces d'échange.
En corollaire, la fiabilité de l'électronique de commande ainsi que sa contribution à la fiabilité du système piloté par l'actionneur constituent un enjeu additionnel. Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique plusieurs exemples de tels actionneurs.
A titre d'exemple, la demande de brevet DE102018117987 décrit une autre solution de moteur électrique équipé d'un module de moteurde base et un module enfichable qui est relié électriquement et mécaniquement au module de moteur de base et est conçu comme un module électronique. Le module électronique comprend l'électronique de puissance, l'électronique d'attaque et l'électronique de commande, le module électronique et le module de moteur de base dissipant chacun de la chaleur via un trajet de chaleur (A, B), les trajets de chaleur (A, B) étant séparés les uns des autres. Cette solution ne permet pas d'optimiser la maîtrise thermique.
On connaît également la demande de brevet WO2015144156A1 qui propose une solution d'évacuation via le couvercle métallique fermant l'arrière d'un ensemble mécatronique. L'actionneur comprend un moteur électrique équipé d'un stator, monté et fixé dans un premier élément de boîtier, et un module électronique qui est monté et fixé dans un second élément de boîtier lui-même relié à un enroulement statorique au moyen de câbles traversant au moins un élément de boîtier. Les éléments de boîtier forment un ensemble monobloc conduisant la chaleur et le boîtier est conçu comme un dissipateur de chaleur destiné au stator et au module électronique.
Inconvénients de l'art antérieur
Les solutions de l'art antérieur ne permettent donc pas d'évacuer de manière totalement efficace les calories produites par les composants de puissance du circuit électronique.
En effet, l'évacuation par le couvercle arrière n'est pas optimale car cette partie de l'actionneur est en matière plastique, présentant une conductivité thermique médiocre, et sa surface extérieure est exposée à l'environnement thermique qui peut être relativement élevé, notamment pour les applications concernant des moteurs thermiques.
Par ailleurs, l'assemblage et la fabrication de ces solutions sont relativement laborieux. Enfin, la robustesse mécanique et électrique des solutions connues est perfectible. Solution apportée par l'invention
Afin de répondre aux inconvénients de l'art antérieur, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un actionneur comportant : un ensemble statorique (30) formé par un paquet de tôles (32) entouré de bobines (31) et au moins un connecteur (35, 39), un ensemble rotorique aimanté (13), un circuit électronique (20) comportant les composants électroniques de puissance (28, 29) pour alimenter lesdites bobines (31) statoriques, un flasque (1) étant au moins en partie métallique, ledit ensemble statorique (30) venant en contact thermique avec ledit flasque (1), ledit ensemble statorique (30) présentant un logement d'un premier palier (11, 12) de guidage d'un arbre moteur (10), caractérisé en ce que la partie métallique dudit flasque (1) forme une surface frontale (2) traversée par ledit arbre moteur (10) destiné à être connecté sur l'organe à commander, les composants électroniques de puissance (28, 29) dudit circuit électronique (20) étant en contact thermique direct ou indirect avec la paroi intérieure dudit flasque (1) afin de créer des ponts thermiques entre le circuit électronique et la partie métallique du flasque pour évacuer la chaleur par la surface frontale (2) du côté de la sortie dudit arbre moteur (10).
Avantageusement, l'ensemble statorique est en contact thermique direct ou indirect avec la surface frontale (2) pour créer des ponts thermiques afin d'évacuer la chaleur par la surface frontale du côté de la sortie de l'arbre moteur, ledit circuit électronique est en contact avec ledit ensemble statorique pourformer un bloc, et que la surface frontale est configurée pour recevoir le bloc formé par ledit circuit électronique accolé audit ensemble statorique, l'ensemble statorique est surmoulé dans une matière présentant une conductivité thermique supérieure à celle de l'air, ou inséré dans une enveloppe métallique, ledit flasque comporte un second palier de guidage de l'arbre moteur, ledit ensemble statorique assure la fermeture arrière dudit flasque, ledit ensemble rotorique aimanté comporte un aimant de codage de la position du rotor apte à interagir magnétiquement avec un capteur magnétique placé sur ledit circuit électronique, la surface extérieure dudit ensemble statorique présente des éléments de calage dudit circuit électronique, lesdites bobines sont reliées électriquement au circuit électronique par des connecteurs à pression de type « pressfit » ou alternativement, via des pistes métalliques « leadframes », le circuit électronique présente des composants de filtrage d'encombrement réduit et est positionné au-devant de l'ensemble statorique surmoulé, au sein de l'évasement annulaire transversal du flasque, le circuit électronique est positionné à l'arrière de l'ensemble statorique surmoulé, et est en contact thermique avec le flasque par le biais d'une pièce métallique présentant des excroissances axiales logées dans des dégagement du paquet de tôle.
Selon une variante, l'actionneur comporte une électronique intelligente et au moins deux bobinages triphasés contrôlables indépendamment, deux microcontrôleurs ou un microcontrôleur double, l'électronique intelligente pouvant détecter un défaut interne en diagnostiquant les éléments électroniques et électriques, pouvant contrôler un bobinage triphasé exempt de défauts afin de proposer au minimum la moitié du couple nominal à courant nominal et pouvant informer le système par le canal de communication.
L'architecture de l'actionneur selon l'invention a pour effet que l'électronique et le stator bobiné sont placés en contact thermique avec le flasque, au plus proche de l'interface client, ce qui favorise et simplifie les échanges thermiques avec cette dernière. Par la même occasion, une telle architecture permet de simplifier la structure globale de l'actionneur, en supprimant par exemple le capot arrière et l'opération de soudure par ultrasons associée ou par toute autre solution équivalente telle que le collage, le soudage laser, etc.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple d'application non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où
- la figure 1 représente une vue en coupe d'une première variante de réalisation plus spécifiquement destiné à une application de déphaseur d'arbre à cames électronique,
- la figure 2 représente une vue en perspective d'un coupe partielle éclatée de l'ensemble statorique surmoulé selon la première variante de réalisation,
- la figure 3 représente deux vues en perspective de dessus de l'ensemble statorique de la première variante de réalisation avant et après l'engagement du circuit électronique,
- la figure 4 représente une vue en perspective en coupe partielle de la première variante de réalisation faisant apparaître le circuit électronique,
- la figure 5 représente une vue en coupe d'une deuxième variante de réalisation,
- la figure 6 représente deux vues en perspective de dessus de l'ensemble statorique de la deuxième variante de réalisation avant et après l'engagement du circuit électronique,
- la figure 7 représente une vue en perspective en coupe partielle de la seconde variante de réalisation faisant apparaître le circuit électronique,
- la figure 8 représente une vue en coupe d'une troisième variante de réalisation,
- la figure 9 représente une vue en perspective de dessus en coupe partielle et une vue en perspective de dessous de l'ensemble statorique de la troisième variante de réalisation et faisant apparaître le circuit électronique,
- la figure 10 représente une vue en coupe de côté de la quatrième variante de réalisation,
- la figure 11 représente une vue en perspective de dessus de la quatrième variante de réalisation, le flasque étant désolidarisé et vu en coupe de trois quarts,
- la figure 12 représente une vue en perspective de dessus de la quatrième variante de réalisation sans flasque et soit sans, soit avec le circuit électronique,
- la figure 13a et la figure 13b illustrent une comparaison des courants du bus de puissance et leur décomposition harmonique dans le cas d'une architecture classique et d'une architecture optimisée pour en limiter les oscillations
- la figure 14 représente un schéma bloc de l'ensemble de commande d'un ensemble mécatronique selon l'invention. Principe général
L'invention sera décrite ci-après en référence à plusieurs exemples de réalisation, non limitatifs, permettant chacun de répondre au même problème technique qui est d'améliorer l'évacuation des calories produites par les composants de puissance du circuit électronique de commande des bobines du moteur en créant des ponts thermiques entre le circuit électronique, la partie métallique du flasque et la masse de l'équipement auquel l'actionneur est raccordé pour exercer une fonction de déplacement angulaire d'un organe.
Afin de limiter les redondances de la description, certains aspects techniques communs aux différents modes de réalisation et décrits pour l'une des variantes ne seront pas répétés pour les autres variantes, sans que cela ne puisse être interprété comme étant limité à ladite variante.
Lesdites variantes concernent une application de l'invention de type déphaseur d'arbre à cames électrique ou pompe à eau, ces deux applications diffèrent seulement par la forme du flasque, qui permet l'assemblage de l'actionneur à l'application. L'invention porte sur le développement d'une nouvelle architecture optimisée, notamment d'un point de vue thermique. En effet, un tel actionneur évolue dans un environnement difficile correspondant au compartiment moteur du véhicule. Outre les sollicitations en vibrations, l'actionneur subit des températures élevées (> 120 °C). Or, ce dernier est dit intelligent car il comporte une électronique embarquée complexe et dont certains composants ont des températures critiques à ne pas dépasser.
De ce fait, il est nécessaire de mettre en place une architecture permettant de répondre au mieux à cette contrainte en dissipant de façon optimale la chaleur émise par le circuit électronique. Comme indiqué précédemment, le problème rencontré est la chaleur émise par l'électronique embarquée couplée à la température ambiante élevée du compartiment moteur, pouvant ainsi conduire à la destruction de cette même électronique si des températures critiques sont atteintes et si un régime de fonctionnement nominal est conservé. Notamment, les composants particulièrement sensibles à ces températures sont les interrupteurs de puissance de type MOS participant au pilotage des trois phases du moteur. Pour augmenter la capacité de dissipation thermique, l'invention vise à exploiter l'interface réceptrice de l'actionneur, c'est-à-dire la culasse du moteur à combustion interne ou le corps de pompe, afin de dissiper la chaleur émise par le circuit électronique et ainsi drainer la chaleur émise par le circuit électronique vers ladite culasse du moteur à combustion interne ou ledit corps de pompe. En effet, ces éléments sont à une température stable et régulée. Pour parvenir à réaliser ce drainage de chaleur, il est nécessaire de créer un pont thermique entre le circuit électronique et le flasque métallique qui est en contact direct avec un élément de l'organe à entraîner, par exemple la culasse du moteur à combustion interne ou le corps de pompe. Ce flasque est par exemple constitué par une pièce de fonderie en aluminium, une pièce emboutie, ou une pièce métallique frittée et il possède une grande surface de contact avec la culasse ou le corps de pompe, afin de favoriser les échanges thermiques.
Description détaillée d'exemples de réalisation plus spécifiquement dédiés à un déphaseur d'arbre à cames électronique
Les figures 1 à 3 représentent un premier exemple de réalisation, plus spécifiquement destiné à une application de déphaseur d'arbre à cames électronique. Le flasque (1) forme un bloc massif embouti avec une face frontale (2) traversée par l'arbre moteur (10) entraînant l'organe accouplé à l'actionneur. Le flasque (1) définit un logement dans lequel sont positionnés : le circuit électronique (20) un ensemble statorique (30) surmoulé.
Le flasque (1) présente un évasement transversal (3) annulaire complémentaire d'un évasement (33) annulaire de l'ensemble statorique surmoulé (30). Le flasque (1) et l'ensemble statorique (30) surmoulé sont assemblés grâce auxdits évasements (3, 33) annulaires puis maintenus par des vis insérées dans des pièces métalliques (4) creuses, permettant la fixation de l'actionneur sur un organe complémentaire, par exemple une culasse moteur. La forme d'évasement transversal n'est pas limitée à annulaire. Toutes les autres formes des évasements, qui permettent d'assembler le flasque et l'ensemble statorique, sont utilisables.
Ce mode de réalisation comprend aussi un ensemble rotorique aimanté (13) comprenant un rotor à aimants, un arbre moteur (10) et optionnellement un aimant de positionnement (17). Ledit arbre moteur (10) est lié à un rotor à aimants permanents fabriqués par exemple en aimants frittés. Il est constitué de manière connue par un paquet de tôles (16) dans lequel sont enchâssés des morceaux d'aimants (15). Bien entendu, d'autres solutions connues dans l'état de la technique, par exemple un rotor à aimants surfaciques peuvent être mis en œuvre.
Le guidage de l'arbre moteur (10) est assuré par un palier (11) avant serti dans la face frontale (2) du flasque (1) et par un palier (12) arrière intégré dans l'ensemble statorique (30) surmoulé. L'arbre moteur (10) pouvant présenter à sa partie avant un aimant de positionnement (17) interagissant magnétiquement avec des sondes de Hall (26) montée sur le circuit électronique (20) pour délivrer une information de position angulaire du rotor.
Par convention, on désignera par « avant » le coté de la sortie de l'arbre moteur (10), ce qualificatif s'appliquant à la totalité des composants.
L'ensemble statorique (30) surmoulé intègre une culasse formée par un paquet de tôles (32) entouré de bobines (31). La liaison électrique entre les bobines et le circuit électronique (20) est réalisée de manière connue par des connecteurs (27) en chas d'aiguille (communément décrits comme de type « pressfit »). Le surmoulage présente à sa face frontale avant des protubérances formant des goupilles de positionnement (34) du circuit électronique (20).
L'ensemble statorique (30) surmoulé intègre aussi un ou plusieurs connecteurs (35, 39) surmoulés. L'un des connecteurs (35) reçoit le courant de puissance d'alimentation en courant continu. L'autre connecteur (39) est destiné à l'entrée et la sortie des signaux de commande de faible puissance : entrée de la consigne, préférentiellement image du couple et du sens de rotation demandés en entrée, sortie des signaux informant sur la direction et la vitesse de rotation.
Les connecteurs (35, 39) comportent des pistes métalliques terminées par des connectiques (40, 41) de type pressfit destinées à assurer l'arrivée de l'alimentation et des signaux de commande à la carte électronique (20). L'ensemble statorique (30) surmoulé forme ainsi un bloc monolithique, de forme cylindrique prolongé par les connecteurs (35, 39), définissant une cavité centrale pour l'insertion du rotor. Le circuit électronique (20) de forme discale peut être poussé contre la surface frontale pour permettre l'engagement des connecteurs (27) et des goupilles de positionnement (34) dans les trous correspondant du circuit électronique (20) imprimé.
Optionnellement, une pâte ou une colle thermique est déposée entre la surface arrière du circuit électronique (20) et la face avant de l'ensemble statorique (30) surmoulé pour améliorer la conductivité thermique entre le circuit électronique (20) et la masse de l'ensemble statorique (30) surmoulé.
Cet ensemble est ensuite glissé dans le flasque (1) avant scellage par les liaisons périphériques. Un joint (38) positionné entre les prolongements annulaires du flasque (1) et de l'ensemble statorique (30) surmoulé assure l'étanchéité de l'actionneur.
Ce joint (38) peut être de type « shape seal », c'est-à-dire un joint de forme, afin d'assurer l'étanchéité entre l'ensemble statorique (30) surmoulé et le flasque (1), ou un joint torique.
Dans le cas d'un joint (38) de forme, l'étanchéité se fait sur la face plane du flasque (1) et la gorge logeant le joint est circulaire. Un joint de forme est adapté pour ce type de contact plan, et de plus, celui-ci dispose de godrons permettant son maintien dans la gorge prévue à cet effet.
Le circuit électronique (20) est ainsi positionné au sein de la surface intérieure de la face frontale du flasque (1). Une pâte ou une colle thermique assure la conduction thermique entre les composants de puissance, soit les composants électroniques de puissance (29) du filtre du bus de puissance, ou alors les composants électroniques de puissance (28) étant des interrupteurs de puissance de type MOS, et la surface intérieure du flasque (1). Une distance nominale est conservée entre le fond du flasque (1) et la surface des composants électroniques dudit circuit électronique (20), l'intégralité du circuit électronique (20) pourra alors être en contact thermique avec le flasque (1) par l'intermédiaire de pâte thermique, une colle thermique, ou éventuellement d'une mousse à forte conductivité thermique.
Si implémenté, l'aimant de positionnement (17) interagit magnétiquement avec des sondes de Hall (26) montées sur le circuit électronique pour délivrer une information de position angulaire du rotor.
Les figures 4 à 7 représentent un deuxième exemple de réalisation pour une application de déphaseur d'arbre à cames électronique. Celui-ci diffère du précédent en ce que les bobines (31) ne sont plus directement connectées sur le circuit électronique (20) par les connecteurs (27) « pressfit », mais par l'intermédiaire de pistes métalliques (21) ou « leadframe » en anglais afin de supprimer le routage des bobines sur ledit circuit électronique (20) ce qui permet d'accroître le courant d'alimentation des bobines. Une piste métallique (21) par phase électrique est employée et permet d'assurer la distribution du courant vers les bobines associées à cette phase. De manière à garder un processus d'assemblage simple, lesdites pistes métalliques (21) sont assemblées dans une pièce support (22) permettant un positionnement et un maintien précis des pistes métalliques (21) sur le paquet de tôles (32) bobiné, avant l'opération de surmoulage, intégrant alors l'ensemble statorique (30) surmoulé. L'invention inclut l'utilisation de connectiques autodénudantes (non représentées) pour assurer la connexion électrique des pistes métalliques (21) aux bobines (31) lors de l'opération de positionnement de la pièce support (22) sur le paquet de tôles (32) bobiné. Les connecteurs (24) terminent les pistes métalliques (21) à leur seconde extrémité et permettent d'assurer le contact électrique avec le circuit électronique (20). Dans le mode de réalisation présenté, ils sont de type « pressfit » et le nombre de connecteurs par piste est ajusté en fonction du courant maximum d'alimentation des phases électriques. Bien entendu, cet exemple n'est pas limitatif et n'importe quel type de connexion des pistes au circuit électronique qu'envisagerait l'homme de métier est inclus dans l'invention.
Ce mode de réalisation diffère aussi du premier en ce que lesdites pistes métalliques s'étendent axialement au-dessus des bobines (31), réduisant l'espace alloué au circuit électronique (20) sur la périphérie extérieure. Ainsi de manière à pouvoir loger tous les composants électroniques, ledit circuit électronique s'étend sur sa périphérie intérieure et nécessite donc de disposer l'aimant de positionnement (17) en regard axial du circuit électronique (20).
Les figures 8 et 9 représentent un troisième exemple de réalisation pour une application de déphaseur d'arbre à cames électronique. Ce mode de réalisation diffère des deux précédents en ce que le circuit électronique (20) n'est pas située à l'intérieur de l'évasement annulaire transversal (3), mais accolé à la partie arrière de l'ensemble statorique (30) surmoulé. Ce mode de réalisation est privilégié dans le cas où les composants électroniques de puissance (29) associés au filtre électronique de l'alimentation électrique sont particulièrement encombrants et ne peuvent pas être avantageusement installés à l'intérieur du flasque (1) métallique.
L'installation du circuit électronique (20) sur la partie arrière de l'ensemble statorique surmoulé permet d'exploiter l'espace situé autour des connecteurs (35, 39) pour disposer lesdits composants électroniques de puissance (29) sans augmenter les dimensions globales de l'actionneur électrique.
Une connexion de type leadframe entre les bobines (31) et le circuit électronique (20) est utilisée de manière à limiter les dimensions dudit circuit électronique.
De manière à efficacement drainer les calories du circuit électronique (20) vers l'organe à piloter, des ponts thermiques relient ledit circuit électronique (20) au flasque (1), ces ponts thermiques sont réalisés à l'aide d'une pièce métallique (37) présentant des excroissances axiales (36). Lesdites excroissances axiales (36) sont avantageusement logées dans des dégagements (320) du paquet de tôles (32) pour offrir une surface de contact importante avec le paquet de tôles (32) afin d'assurer une bonne évacuation des calories produites par les pertes dans les bobines (31) et le paquet de tôles (32), mais aussi de manière à ne pas impacter sur l'encombrement radial de l'actionneur électrique. Un jeu nominal entre le circuit électronique (20) et la pièce métallique (37) permet d'assurer un bon contact thermique par l'ajout d'une pâte, d'une mousse, ou d'une colle thermique comblant ledit jeu. Le contact thermique entre la pièce métallique (37) et le flasque (1) est assuré de part et d'autre par les excroissances axiales (36) et l'évasement annulaire transversal (3). Enfin, un jeu nominal axial entre l'ensemble statorique (30) surmoulé et le flasque (1) est assuré et peut être comblé par une pâte thermique ou une mousse thermique afin de favoriser l'évacuation des calories. La forme annulaire d'évasement transversal n'a pas d'effet limitatif, mais seulement illustratif. Toutes les autres formes des évasements sont possibles.
Description détaillée d'un exemple de réalisation spécifiquement dédié à une pompe à eau
Les figures 10 à 12 représentent un quatrième exemple de réalisation pour une application de pompe à eau. Ce mode de réalisation diffère du mode premier mode de réalisation en ce que le stator surmoulé avec ses bobines électrique est inséré dans une enveloppe métallique (5) afin de constituer l'ensemble statorique. Il diffère aussi en ce que l'évasement transversal (33) n'est pas réalisé dans le surmoulage du stator, mais dans l'enveloppe métallique (5) et en ce qu'il ne présente pas d'aimant (17) pour déterminer la position angulaire de l'arbre moteur (10), ceci n'étant pas spécialement désiré dans le cadre d'une pompe. Aussi, le flasque (1) présente dans sa partie frontale une chambre (18), réalisant ainsi une partie de la chambre du corps de pompe dans laquelle le fluide est pompé, cette chambre (18) étant reliée à un conduit (25) d'acheminement du fluide pompé. Dans le mode de réalisation présenté, le guidage (12) arrière de l'ensemble rotorique (13) est un palier lisse fixé dans un évasement de l'enveloppe métallique (5). On peut noter que dans le mode de réalisation présenté, le guidage (11) avant n'est pas présent, ce second guidage étant réalisé par la pompe auquel l'actionneur est assemblé, néanmoins l'arbre moteur (10) du rotor est partiellement guidé par une protubérance annulaire axiale (8) du surmoulage du stator. Ladite protubérance annulaire axiale (8) débouche sur la chambre (18), du flasque (1), et présente un diamètre légèrement supérieur à l'arbre moteur (10) de manière à laisser entrer le fluide à pomper dans une cavité interne de l'ensemble statorique (30), le fluide pouvant alors être au plus près des paquets de tôles (16, 32) du rotor et du stator. L'assemblage de l'actionneur s'effectue par insertion de l'ensemble rotorique dans l'enveloppe métallique (5) au niveau du premier palier (12), puis le stator surmoulé est chassé dans l'enveloppe métallique (5) en guidant partiellement l'arbre moteur (10) du rotor. La carte électronique est alors assemblée sur le surmoulage du stator et le flasque (1) inséré et maintenu à l'ensemble statorique (30) par des vis de fixation. Enfin ce mode de réalisation diffère en ce qu'il présente un seul connecteur (35) surmoulé permettant à la fois de transmettre l'alimentation de puissance et les signaux de commande. Ce mode de réalisation n'est toutefois pas limitatif de l'invention dans le cadre d'une pompe car la possibilité d'optimiser le refroidissement en laissant le fluide pompé s'écouler au sein de l'actionneur magnétique apporte des contraintes supplémentaires, comme la gestion de l'étanchéité qui doit se faire au travers de l'ajout de multiples joints (58, 68) afin d'éviter tout contact du fluide avec la carte électronique, ou encore par un surmoulage (6) de la surface intérieures des tôles du stator et un frettage (14) du rotor de manière à éviter la corrosion des tôles, ces derniers éléments augmentant l'entrefer magnétique diminuant les performances de l'actionneur. De plus cette construction ne s'affranchit pas de l'évacuation des calories par mise en contact thermique direct de l'ensemble statorique (30) et de la carte électronique (20) avec le flasque (1), qui reste le moyen de dissipation privilégié, ce flasque (1) permettant de meilleurs échanges thermiques avec le fluide en circulation. En effet, dans la configuration présentée, le fluide pénétrant dans la cavité interne du stator n'est pas contraint à un écoulement et le drainage des calories se fait alors plus par conduction.
Ainsi nous pouvons tout à fait imaginer d'autres moyens de réalisation d'actionneurs de pompe, plus proches du premier mode de réalisation pour lesquels le fluide pompé ne pénètre pas dans l'actionneur, voire même pour lesquels le flasque (1) ne réalise pas une partie du corps de pompe, mais est en contact direct avec ce dernier.
Optimisation de l'architecture électronique
Pour les modes de réalisation 1, 2 et 4, il résulte un gain conséquent en encombrement axial de par l'intégration de l'électronique directement dans le flasque (1). Cette intégration n'est permise que par la réduction des dimensions des composants du filtre de l'alimentation de puissance, à savoir des capacités et des inductances. Pour obtenir cette réduction dimensionnelle, deux stratégies peuvent être mises en oeuvre. La première découle directement de l'évolution technologique de l'électronique de puissance, qui permet d'obtenir à iso-puissance des encombrements bien inférieurs, typiquement une réduction volumique d'un facteur 2 ou 3. Une alternative que nous considérons est d'adapter la commande moteur, préférentiellement en commutation de bloc (BCC - Bloc Commutation Control) mais potentiellement en contrôle vectoriel (FOC - Field Oriented Control), pour limiter les oscillations de courant que le filtre de l'alimentation de puissance devra absorber. Cette alternative résulte d'une discrétisation plus fine de l'espace électrique avec la commande de plus de 3 phases électriques. La figure 13a illustre un comparatif des oscillations de courant de l'alimentation de puissance au niveau de la tête de l'onduleur, ledit onduleur alimentant le moteur BLDC grâce à une commutation de bloc (BCC), entre une configuration classique à 3 phases (61), une configuration non optimisée impliquant plus de 3 phases (62) et une configuration optimisée impliquant plus de 3 phases (63). La figure 13b illustre un comparatif de la décomposition harmonique du courant de l'alimentation de puissance au niveau de la tête d'onduleur, ce dernier alimentant le moteur BLDC grâce à une commutation dite de bloc (BCC), entre une configuration classique à 3 phases (70) et une configuration optimisée impliquant plus de 3 phases (80) et mettant en évidence la réduction de 45% des harmoniques associables à la fréquence fondamentale de hachage de l'onduleur (71) ainsi que la réduction du contenu spectral de plus faible fréquence (72). La caractéristique de ces courants nous permet d'utiliser des composants de filtrage de plus faible capacité en courant alternatif (dit current ripple) et donc de plus faible volume, et dans l'idéal nous permet même de supprimer l'inductance de filtrage de mode différentiel ou de mode commun montée en série sur la ligne d'alimentation. Dans le cas où la réduction de taille de ces composants n'est pas permise, soit pour des raisons technologiques, soit pour des raisons économiques, une alternative présentée par letroisième mode de réalisation permet de transférer efficacement les calories du circuit électronique au capot métallique par l'utilisation de ponts thermiques.
Ce mode de réalisation alternatif exploite l'espace situé du côté opposé du flasque métallique dont l'encombrement radial est moins restreint, on peut alors avantageusement agencer les composants de filtrage autour du surmoulage stator afin de limiter l'encombrement axial tout en maîtrisant l'encombrement radial.
Description commande électronique et stratégies de mode de défaut
Comme nous l'avons déjà évoqué, outre l'optimisation de l'actionneur et notamment de l'électronique de commande en vue d'une meilleure dissipation thermique, un autre enjeu de l'invention concerne à améliorer la fiabilité de cette électronique et par extension du système contrôlé par l'actionneur. A cet effet, la figure 14 représente un schéma bloc de l'ensemble de commande d'un ensemble mécatronique selon l'invention.
Le système décrit par l'invention se propose d'utiliser une architecture électronique intelligente afin de pallier à la dégradation d'un ou plusieurs éléments électroniques ou électriques constituant ledit système.
Dans le cas d'une défaillance interne, l'électronique de commande peut la détecter en diagnostiquant les éléments électroniques, soit ledit au moins un microcontrôleur (52), lesdits interrupteurs de puissance (28), ledit module (51) et les éléments électriques, soit ladite architecture moteur (100), composant le système, puis contrôler au moins un des ensembles exempt de défauts incluant un des deux bobinages triphasés afin de proposer au minimum la moitié du couple nominal à courant nominal dans ledit bobinage triphasé et enfin informer l'ECU par le canal de communication (112) utilisant un protocole de communication définit . L'ensemble exempt de défauts incluant un des deux bobinages triphasés peut proposer de manière transitoire un mode de secours avec plus de la moitié du couple nominal (Tsecours > 50% Tnominai) on augmentant le courant dans les interrupteurs de puissance (28) et donc le bobinage triphasé.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Actionneur électrique pour commander un organe comportant : un ensemble statorique (30) formé par un paquet de tôles (32) entouré de bobines (31) et au moins un connecteur (35, 39), un ensemble rotorique aimanté (13), un circuit électronique (20) comportant les composants électroniques de puissance (28, 29) pour alimenter lesdites bobines (31) statoriques, un flasque (1) étant au moins en partie métallique, ledit ensemble statorique (30) venant en contact thermique avec ledit flasque (1), ledit ensemble statorique (30) présentant un logement d'un premier palier (11, 12) de guidage d'un arbre moteur (10), caractérisé en ce que la partie métallique dudit flasque (1) forme une surface frontale (2) traversée par ledit arbre moteur (10) destiné à être connecté sur l'organe à commander, les composants électroniques de puissance (28, 29) dudit circuit électronique (20) étant en contact thermique direct ou indirect avec la paroi intérieure dudit flasque (1) afin de créer des ponts thermiques entre le circuit électronique et la partie métallique du flasque pour évacuer la chaleur par la surface frontale (2) du côté de la sortie dudit arbre moteur (10).
2 - Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble statorique (30) est en contact thermique direct ou indirect avec la surface frontale (2) pour créer des ponts thermiques afin d'évacuer la chaleur par la surface frontale du côté de la sortie de l'arbre moteur (10).
3 - Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électronique (20) est en contact avec ledit ensemble statorique (30) pour former un bloc, et que la surface frontale (2) est configurée pour recevoir le bloc formé par ledit circuit électronique (20) accolé audit ensemble statorique (30). 4 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble statorique (30) est surmoulé dans une matière présentant une conductivité thermique supérieure à celle de l'air, ou inséré dans une enveloppe métallique (5).
5 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit flasque (1) comporte un second palier (11, 12) de guidage de l'arbre moteur (10).
6 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ensemble statorique (30) assure la fermeture arrière dudit flasque (1).
7 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit ensemble rotorique aimanté (13) comporte un aimant (17) de codage de la position du rotor apte à interagir magnétiquement avec un capteur magnétique (26) placé sur ledit circuit électronique (20).
8 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface extérieure dudit ensemble statorique (30) présente des éléments de calage (34) dudit circuit électronique (20).
9 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites bobines (31) sont reliées électriquement au circuit électronique (20) par des connecteurs (27) de type « pressfit ».
10 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les bobines (31) sont reliées électriquement au circuit électronique (20) via des pistes métalliques (21) « leadframes ».
11 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit électronique (20) présente des composants de filtrage d'encombrement réduit et est positionné au-devant de l'ensemble statorique (30), au sein d'un évasement transversal (3) du flasque (1).
12 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit électronique (20) est positionné à l'arrière de l'ensemble statorique (30) et est en contact thermique avec le flasque (1) par le biais d'une pièce métallique (37) présentant des excroissances axiales (36) logées dans des dégagements (320) du paquet de tôle (32). 13 - Actionneur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une électronique intelligente et au moins deux bobinages triphasés contrôlables indépendamment, deux microcontrôleurs ou un microcontrôleur double (52), l'électronique intelligente pouvant détecter un défaut interne en diagnostiquant les éléments électroniques et électriques, pouvant contrôler un bobinage triphasé exempt de défauts afin de proposer au minimum la moitié du couple nominal à courant nominal et pouvant informer le système par le canal de communication (112).
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