FR2981621A1 - Rotor-stator assembly for electric motor i.e. windscreen wiper motor of car, has ring or element in portion of ring placed on interior wall of reinforcement case, where interior wall of case is equipped with cooling ribs - Google Patents

Rotor-stator assembly for electric motor i.e. windscreen wiper motor of car, has ring or element in portion of ring placed on interior wall of reinforcement case, where interior wall of case is equipped with cooling ribs Download PDF

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Abstract

The assembly (1) has a reinforcement case (2) including a cylindrical interior wall (3), where the reinforcement case is made of a material having a thermal conductivity higher than 80 Watts per meter kelvin (W/mK) at 20 degrees Celsius. A ring (4) or an element in a portion of the ring made out of ferromagnetic material is placed on the interior wall of the reinforcement case, where the reinforcement case is realized by molding or extruding or stamping of aluminum or carbon or iron, and the interior wall of the case is equipped with cooling ribs (20).

Description

Ensemble pour un moteur, notamment un moteur agencé pour entraîner un balai d'essuie-glace L'invention concerne notamment un ensemble pour un moteur, notamment un moteur agencé pour entraîner un balai d'essuie-glace. Les moteurs électriques produisent lors de leur fonctionnement une importante quantité de chaleur, par friction au niveau des roulements et autres contacts en mouvement, par effet Joule au niveau des composants électriques, 10 et par courants de Foucault dans les parties magnétiques en mouvement Dans le cadre des moteurs fermés par un boîtier, la chaleur est peu et mal évacuée. Cependant, l'enceinte est souvent requise pour protéger le moteur de l'environnement extérieur : humidité, poussière et autres corps étrangers. Il est connu d'utiliser une carcasse, ou boîtier d'armature, métallique en tant 15 que boîtier du moteur. Le caractère métallique de la carcasse assure une meilleure conduction de la chaleur vers l'extérieur et permet de fermer le circuit magnétique. Toutefois, l'ensemble rotor-stator du moteur est conçu compact pour des raisons d'encombrement évidentes. Aussi la surface d'échange est souvent 20 insuffisante pour permettre l'évacuation rapide de la chaleur produite à l'intérieur du boîtier. L'invention vise à pallier les inconvénients ci-dessus. L'invention a ainsi pour objet un ensemble pour un moteur, notamment un moteur agencé pour entraîner un balai d'essuie-glace d'un véhicule automobile, 25 cet ensemble comportant : - un boîtier d'armature présentant une paroi intérieure sensiblement cylindrique, ce boîtier d'armature étant en un matériau présentant une conductivité thermique de valeur sensiblement supérieure ou égale à 80W/mK à 20°C, - au moins un anneau ou un élément en portion d'anneau en matériau ferromagnétique, cet anneau ou cet élément étant placé sur la paroi intérieure du boîtier d'armature. The invention relates in particular to an assembly for an engine, in particular a motor arranged to drive a wiper blade. The electric motors produce during their operation a large amount of heat, by friction at the bearings and other moving contacts, by Joule effect at the level of the electrical components, and by eddy currents in the moving magnetic parts in the frame. motors closed by a housing, the heat is little and badly evacuated. However, the enclosure is often required to protect the engine from the outside environment: moisture, dust and other foreign matter. It is known to use a metal casing, or frame, as the motor casing. The metallic character of the carcass ensures better conduction of the heat towards the outside and makes it possible to close the magnetic circuit. However, the rotor-stator assembly of the engine is designed compact for reasons of obvious bulk. Also the exchange surface is often insufficient to allow the rapid evacuation of heat generated inside the housing. The invention aims to overcome the above disadvantages. The invention thus relates to an assembly for an engine, in particular a motor arranged to drive a wiper blade of a motor vehicle, this assembly comprising: a frame housing having a substantially cylindrical inner wall, this armature case being made of a material having a thermal conductivity of substantially greater than or equal to 80W / mK at 20 ° C, - at least one ring or ring-shaped element made of ferromagnetic material, this ring or this element being placed on the inner wall of the frame housing.

L'invention permet, du fait de la dissipation de chaleur vers l'extérieur, d'éviter l'accumulation de chaleur à l'intérieur du boîtier, et donc d'abaisser la température globale du moteur. De préférence, le boîtier d'armature est réalisé, notamment par moulage, en aluminium (conductivité thermique de 237 W/mK à 20°) ou en carbone (conductivité thermique de 129 W/mK à 20°) ou en fer (conductivité thermique de 80 W/mK à 20°). Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'anneau ou l'élément en portion d'anneau est réalisé en matériau ferromagnétique ferreux ou non ferreux, de préférence en acier. The invention makes it possible, because of the heat dissipation to the outside, to avoid the accumulation of heat inside the housing, and thus to lower the overall temperature of the engine. Preferably, the reinforcement box is made, in particular by molding, of aluminum (thermal conductivity of 237 W / mK at 20 °) or of carbon (thermal conductivity of 129 W / mK at 20 °) or of iron (thermal conductivity 80 W / mK at 20 °). In an exemplary implementation of the invention, the ring or the ring-shaped element is made of ferrous ferrous or non-ferrous material, preferably steel.

Avantageusement l'ensemble comporte un ou plusieurs aimants, notamment en ferrite, fixés sur l'anneau en matériau ferromagnétique de manière à former un stator du moteur. Selon l'invention, utiliser une carcasse, ou boîtier d'armature, notamment en aluminium et un anneau ferreux juste au niveau des aimants pour le flux magnétique permet un gain thermique et un gain en poids. Le boîtier d'armature présente de préférence un fond agencé pour recevoir un arbre rotatif d'un rotor du moteur, et ce fond est agencé pour évacuer de la chaleur de l'intérieur du boîtier d'armature vers l'extérieur de ce boîtier. Le fond du boîtier d'armature comporte avantageusement un passage agencé pour recevoir une extrémité de l'arbre de rotor, et ce passage est pourvu d'un palier au contact duquel l'arbre de rotor peut tourner, ce palier étant de préférence en contact thermique avec le boîtier d'armature et de préférence un lubrifiant tel que de la graisse est déposé au contact de l'arbre de rotor et du palier, ce lubrifiant présentant une bonne faculté à transporter de la chaleur. Advantageously, the assembly comprises one or more magnets, in particular made of ferrite, fixed on the ring made of ferromagnetic material so as to form a stator of the motor. According to the invention, using a carcass, or frame housing, in particular aluminum and a ferrous ring just at the level of the magnets for the magnetic flux allows a thermal gain and a gain in weight. The frame housing preferably has a bottom arranged to receive a rotating shaft of a motor rotor, and this bottom is arranged to discharge heat from the inside of the frame housing to the outside of this housing. The bottom of the armature housing advantageously comprises a passage arranged to receive one end of the rotor shaft, and this passage is provided with a bearing in contact with which the rotor shaft can rotate, this bearing preferably being in contact with each other. With the reinforcement casing and preferably a lubricant such as grease is deposited in contact with the rotor shaft and the bearing, this lubricant having a good ability to transport heat.

Les calories à dissiper sont celles produites par le courant dans le bobinage du rotor et sont conduites par l'arbre vers le palier. The calories to be dissipated are those produced by the current in the rotor winding and are driven by the shaft to the bearing.

L'arbre du rotor et le palier du rotor et le fond du boîtier, passif avec un moulage aluminium en ailettes dans le fond du boîtier, forment une pompe à calories pour diriger les calories vers l'extérieur. Si on le souhaite, le palier comporte une bague ou un roulement à billes. The rotor shaft and the rotor bearing and the bottom of the housing, passive with an aluminum foil molding in the bottom of the housing, form a calorie pump to direct the calories outwards. If desired, the bearing comprises a ring or a ball bearing.

Avantageusement le fond du boîtier d'armature présente, dans le passage de réception de l'arbre de rotor, une forme choisie de manière à envelopper au moins deux côtés opposés du palier. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le fond du boîtier d'armature comporte une paroi intérieure, notamment de forme sensiblement tronconique, pourvue d'ailettes de refroidissement. Ces ailettes par exemple s'étendent de la paroi cylindrique du boîtier d'armature jusqu'à sensiblement le passage de réception de l'arbre de rotor. Ces ailettes peuvent être réalisées d'un seul tenant, notamment par moulage, avec le boîtier d'armature. Le cas échéant, le fond du boîtier d'armature comporte des ailettes de refroidissement, à l'extérieur du boîtier. La présence des ailettes, à l'intérieur et/ou à l'extérieur du boîtier d'armature, permet d'augmenter l'évacuation de chaleur. L'invention a également pour objet un moteur électrique comportant un ensemble tel décrit ci-dessus. Advantageously, the bottom of the frame housing has, in the receiving passage of the rotor shaft, a shape chosen so as to envelop at least two opposite sides of the bearing. In an exemplary implementation of the invention, the bottom of the armature housing comprises an inner wall, in particular of substantially frustoconical shape, provided with cooling fins. These fins, for example, extend from the cylindrical wall of the armature box to substantially the receiving passage of the rotor shaft. These fins can be made in one piece, especially by molding, with the frame housing. If necessary, the bottom of the frame housing has cooling fins outside the housing. The presence of the fins, inside and / or outside the frame housing, increases the heat dissipation. The invention also relates to an electric motor comprising an assembly as described above.

L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, en perspective différents éléments d'un moteur selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, en coupe suivant un plan passant par l'axe de rotation, le moteur de la figure 1 On a représenté sur la figure 1 un ensemble 1 pour un moteur électrique 10 agencé pour entraîner un ou plusieurs balais d'essuie-glace, non visibles sur les figures, d'un véhicule automobile. The invention can be better understood on reading the following detailed description of an example of non-limiting implementation of the invention, and on examining the appended drawing, in which: FIG. schematically and partially in perspective various elements of an engine according to an exemplary implementation of the invention, and - Figure 2 shows, schematically and partially, in section along a plane passing through the axis of rotation, the motor of Figure 1 is shown in Figure 1 a set 1 for an electric motor 10 arranged to drive one or more wiper blades, not visible in the figures, of a motor vehicle.

Le moteur 10 alimenté électriquement permet de mettre en mouvement le ou les balais d'essuie-glace avec une ou des vitesses et des conditions de chargement spécifiées avant la définition du moteur. Le moteur est constitué d'un stator et d'un rotor lequel tourne autour d'un axe qui entraîne un engrenage, lui-même entraînant un mécanisme activant le ou les balais. Le stator et le rotor doivent permettent la circulation d'un flux magnétique qui englobe les fils de cuivre parcourus par un courant et qui créent ainsi le mouvement de l'axe du rotor. Selon les spécifications indiquées avant la définition du moteur, celui-ci doit délivrer une puissance identifiée et ceci avec un rendement optimum et celui-ci doit donc limiter au mieux les pertes thermiques et mécaniques, ainsi qu'éviter tout emballement thermique. En effet, le passage d'un courant dans un fil génère l'effet Joule et donc une dissipation de calories. Ces calories font monter la température dans le moteur et dégrade de fait la valeur du flux magnétique des aimants et la capacité du cuivre à passer le courant. Le moteur devient moins efficace, il présente un moins bon rendement entre la puissance d'entrée et la puissance de sortie. Cette élévation de température due à l'effet Joule est augmentée des calories dues aux frictions et aux courants de Foucault. Il y a alors risque de dégradation forte du rendement et même d'emballement thermique du moteur. Cette élévation est aussi néfaste aux composants, à leur bon fonctionnement et à leur durée de vie dans un domaine économique rentable et concurrentiel. Cet ensemble 1 comporte : - un boîtier d'armature 2 présentant une paroi intérieure 3 sensiblement cylindrique, ce boîtier d'armature 2 étant en un matériau présentant une conductivité thermique de valeur sensiblement supérieure ou égale à 80W/mK à 20°C, - au moins un anneau 4 en matériau ferromagnétique, cet anneau 4 étant placé sur la paroi intérieure 3 du boîtier d'armature. The electrically powered motor 10 enables the wiper blade (s) to be moved with one or more specified loading speeds and conditions prior to engine definition. The motor consists of a stator and a rotor which rotates about an axis which drives a gear, itself causing a mechanism activating the brush or brooms. The stator and the rotor must allow the circulation of a magnetic flux which includes the copper wires traversed by a current and which thus create the movement of the axis of the rotor. According to the specifications given before the definition of the engine, it must deliver an identified power and this with optimum efficiency and it must therefore minimize the thermal and mechanical losses, and avoid any thermal runaway. Indeed, the passage of a current in a wire generates the Joule effect and therefore a dissipation of calories. These calories raise the temperature in the engine and degrades the value of the magnetic flux of the magnets and the capacity of the copper to pass the current. The motor becomes less efficient, it has a lower efficiency between the input power and the power output. This temperature rise due to the Joule effect is increased by the calories due to frictions and eddy currents. There is then a risk of severe degradation of the yield and even thermal runaway of the engine. This rise is also detrimental to the components, their operation and their life in a profitable and competitive economic field. This assembly 1 comprises: - a frame housing 2 having a substantially cylindrical inner wall 3, this frame housing 2 being made of a material having a thermal conductivity of substantially greater than or equal to 80 W / mK at 20 ° C, - at least one ring 4 of ferromagnetic material, this ring 4 being placed on the inner wall 3 of the frame housing.

Dans l'exemple considéré, le boîtier d'armature est réalisé par moulage ou filage en aluminium (conductivité thermique de 237 W/mK à 20°). L'anneau 4 est réalisé, dans le présent exemple, en acier. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'ensemble 1 comporte en outre plusieurs aimants 6 en ferrite ou autre matériau magnétique, fixés sur l'anneau 4 en matériau ferromagnétique de manière à former le stator 7 du moteur 10. Les aimants peuvent en variante être en terres rares. Le moteur peut être du type 2 pôles ou 4 pôles. Le boîtier d'armature 2 présente un fond 8 agencé pour recevoir un arbre rotatif 9 d'un rotor 11 du moteur 10, et ce fond 8 est agencé pour évacuer de la chaleur de l'intérieur du boîtier d'armature 2 vers l'extérieur de ce boîtier. L'arbre 9 est susceptible de tourner autour d'un axe de rotation X. Le fond 8 du boîtier d'armature 2 comporte un passage 12 agencé pour recevoir une extrémité 13 de l'arbre de rotor 9. In the example considered, the reinforcement box is made by molding or spinning aluminum (thermal conductivity of 237 W / mK at 20 °). Ring 4 is made in this example of steel. As can be seen in FIG. 2, the assembly 1 further comprises several magnets 6 made of ferrite or other magnetic material, fixed on the ring 4 made of ferromagnetic material so as to form the stator 7 of the motor 10. The magnets can alternatively be rare earths. The motor can be of the 2-pole or 4-pole type. The frame housing 2 has a bottom 8 arranged to receive a rotary shaft 9 of a rotor 11 of the motor 10, and this bottom 8 is arranged to remove heat from the inside of the frame housing 2 to the outside of this case. The shaft 9 is rotatable about an axis of rotation X. The bottom 8 of the frame housing 2 comprises a passage 12 arranged to receive an end 13 of the rotor shaft 9.

Ce passage 12 est pourvu d'un palier 15 au contact duquel l'arbre de rotor 9 peut tourner. Ce palier 15 est en contact thermique avec le boîtier d'armature 2 et un lubrifiant tel que de la graisse est déposé au contact de l'arbre de rotor 9 et du palier 15, ce lubrifiant présentant une bonne faculté à transporter de la chaleur. This passage 12 is provided with a bearing 15 in contact with which the rotor shaft 9 can rotate. This bearing 15 is in thermal contact with the frame housing 2 and a lubricant such that grease is deposited in contact with the rotor shaft 9 and the bearing 15, this lubricant having a good ability to transport heat.

Les calories à dissiper sont celles produites par le courant dans le bobinage du rotor et sont conduites par l'arbre vers le palier. Le palier 15 comporte une bague 17, ou un roulement à billes, qui supporte l'arbre 9. Le fond 8 du boîtier d'armature 2 présente, dans le passage 12 de réception de l'arbre de rotor, une forme choisie de manière à envelopper au moins deux côtés 18 du palier. Le fond 8 du boîtier d'armature comporte une paroi intérieure 19 de forme sensiblement tronconique, pourvue d'ailettes de refroidissement 20. Ces ailettes 20 s'étendent de la paroi cylindrique 3 du boîtier d'armature jusqu'à sensiblement le passage 12 de réception de l'arbre 9 de rotor. Ces ailettes 20 peuvent être réalisées d'un seul tenant, notamment par moulage, avec le boîtier d'armature 2. The calories to be dissipated are those produced by the current in the rotor winding and are driven by the shaft to the bearing. The bearing 15 comprises a ring 17, or a ball bearing, which supports the shaft 9. The bottom 8 of the armature case 2 has, in the passage 12 for receiving the rotor shaft, a shape chosen so to wrap at least two sides 18 of the bearing. The bottom 8 of the frame housing has an inner wall 19 of substantially frustoconical shape, provided with cooling fins 20. These fins 20 extend from the cylindrical wall 3 of the frame housing to substantially the passage 12 of receiving the rotor shaft 9. These fins 20 can be made in one piece, in particular by molding, with the frame housing 2.

Le fond 8 du boîtier d'armature comporte des ailettes de refroidissement supplémentaires 21, à l'extérieur du boîtier 2. La présence des ailettes 20 et 21, à l'intérieur et/ou à l'extérieur du boîtier d'armature, permet d'augmenter l'évacuation de chaleur.5 The bottom 8 of the frame housing has additional cooling fins 21, outside the housing 2. The presence of the fins 20 and 21, inside and / or outside the frame housing, allows to increase heat evacuation.5

Claims (13)

REVENDICATIONS1. Ensemble (1) pour un moteur (10), notamment un moteur agencé pour entraîner un balai d'essuie-glace d'un véhicule automobile, cet ensemble comportant : - un boîtier d'armature (2) présentant une paroi intérieure (3) sensiblement cylindrique, ce boîtier d'armature étant en un matériau présentant une conductivité thermique de valeur supérieure à 80W/mK à 20°C, - au moins un anneau (4) ou un élément en portion d'anneau en matériau ferromagnétique, cet anneau ou cet élément étant placé sur la paroi intérieure du boîtier d'armature. REVENDICATIONS1. Assembly (1) for an engine (10), in particular a motor arranged to drive a windscreen wiper blade of a motor vehicle, this assembly comprising: - a frame housing (2) having an inner wall (3) substantially cylindrical, this reinforcing case being made of a material having a thermal conductivity of greater than 80 W / mK at 20 ° C, - at least one ring (4) or a ring-shaped element of ferromagnetic material, this ring or this element being placed on the inner wall of the frame housing. 2. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le boîtier d'armature (2) est réalisé, notamment par moulage ou filage ou emboutissage, en aluminium ou en carbone ou en fer. 2. Assembly according to the preceding claim, characterized in that the reinforcement housing (2) is made, in particular by molding or extrusion or drawing, aluminum or carbon or iron. 3. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'anneau (4) ou l'élément en portion d'anneau est réalisé en matériau ferromagnétique ferreux ou non ferreux, de préférence en acier. 3. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the ring (4) or the ring-shaped element is made of ferromagnetic material ferrous or non-ferrous, preferably steel. 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un ou plusieurs aimants (6), notamment en ferrite, fixés sur l'anneau en matériau ferromagnétique de manière à former un stator du moteur. 4. An assembly according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises one or more magnets (6), in particular ferrite, fixed on the ring of ferromagnetic material so as to form a stator of the motor. 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le boîtier d'armature présente un fond (8) agencé pour recevoir un arbre rotatif (9) d'un rotor du moteur, et ce fond est agencé pour évacuer de la chaleur de l'intérieur du boîtier d'armature vers l'extérieur de ce boîtier. 5. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the armature housing has a bottom (8) arranged to receive a rotary shaft (9) of a motor rotor, and the bottom is arranged to evacuate from the heat of the inside of the frame case to the outside of this case. 6. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le fond (8) du boîtier d'armature comporte un passage (12) agencé pour recevoir une extrémité de l'arbre de rotor, et ce passage est pourvu d'un palier au contact duquel l'arbre de rotor peut tourner, ce palier (15) étant de préférence en contact thermique avec le boîtier d'armature et de préférence un lubrifiant tel que de la graisse est déposé au contact de l'arbre de rotor et du palier, ce lubrifiant présentant une bonne faculté à transporter de la chaleur. 6. Assembly according to the preceding claim, characterized in that the bottom (8) of the armature housing comprises a passage (12) arranged to receive an end of the rotor shaft, and this passage is provided with a bearing in contact with which the rotor shaft is rotatable, this bearing (15) being preferably in thermal contact with the armature housing and preferably a lubricant such that grease is deposited in contact with the rotor shaft and the bearing, this lubricant having a good ability to transport heat. 7. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ce palier comporte une bague (17) ou un roulement à billes. 7. Assembly according to the preceding claim, characterized in that the bearing comprises a ring (17) or a ball bearing. 8. Ensemble selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le fond (8) du boîtier d'armature présente, dans le passage de réception de l'arbre de rotor, une forme choisie de manière à envelopper au moins deux côtés opposés du palier. 8. Assembly according to one of claims 6 or 7, characterized in that the bottom (8) of the armature housing has, in the receiving passage of the rotor shaft, a shape chosen so as to envelop the minus two opposite sides of the landing. 9. Ensemble selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le fond du boîtier d'armature comporte une paroi intérieure, notamment de forme sensiblement tronconique, pourvue Gle d'ailettes de refroidissement (20). 9. Assembly according to one of claims 6 to 8, characterized in that the bottom of the armature housing comprises an inner wall, in particular of substantially frustoconical shape, provided Gle fins cooling (20). 10.Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ces ailettes (20) s'étendent de la paroi cylindrique (3) du boîtier d'armature jusqu'à sensiblement le passage de réception (12) de l'arbre de rotor. 10.Ensemble according to the preceding claim, characterized in that these fins (20) extend from the cylindrical wall (3) of the armature housing substantially to the receiving passage (12) of the rotor shaft. . 11.Ensemble selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait que ces ailettes (20) sont réalisées d'un seul tenant, notamment par moulage ou filage, avec le boîtier d'armature. 11.Ensemble according to one of claims 9 or 10, characterized in that these fins (20) are formed integrally, in particular by molding or spinning, with the frame housing. 12.Ensemble selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé par le fait que le fond du boîtier d'armature comporte des ailettes de refroidissement (21), à l'extérieur du boîtier. 12.A kit according to one of claims 6 to 11, characterized in that the bottom of the frame housing has cooling fins (21), outside the housing. 13.Moteur électrique (10) comportant un ensemble selon l'une des revendications précédentes. 10 13.Electric motor (10) comprising an assembly according to one of the preceding claims. 10
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