FR2992794A1 - Machine electrique tournante equipee d'une boite a bornes. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une machine électrique tournante (1), comportant un carter (2) de machine (1) et une boîte à bornes (3) rapportée sur le carter (2), la boîte à bornes (3) comportant une embase (10), celle-ci définissant au moins : - une zone de fixation (24 ; 25) d'au moins un module électronique (20), cette zone de fixation (24 ; 25) comportant un ou plusieurs éléments de support (42) pour recevoir des éléments de fixation du ou des modules (20), - une zone de raccordement électrique (23), cette dernière comportant au moins un plot (30) de réception d'au moins un élément de connexion électrique (22), le ou les éléments de support (42) et le ou les plots (30) étant moulés d'une seule pièce avec l'embase (10).

Description

La présente invention concerne les machines électriques tournantes équipées de boîtiers permettant de recevoir des connexions électriques de la machine et/ou des modules électroniques, tels que par exemple des régulateurs de tension. De tels boîtiers sont désignés par l'expression « boîtes à bornes ». ils se fixent 5 généralement sur le carter de la machine en partie supérieure de celle-ci. Le brevet EP 1 133 012 décrit une boîte à bornes d'un moteur électrique comprenant : - une base réalisée en matière plastique, comprenant des pièces de contact à fiches encastrées dans la base grâce à une opération de moulage, 10 des composants de commande électrique, un couvercle de protection. Le brevet CN2724284Y enseigne de réaliser une boîte à bornes en plastique renforcé de fibres de verre, formée de deux parties fixées l'une sur l'autre par des boulons. La demande FR 2 958 113 divulgue une boîte à bornes d'une machine 15 électrique, pouvant éventuellement loger un régulateur, comportant deux demi-coquilles assemblées l'une contre l'autre, ainsi qu'un ou plusieurs passages de câbles formés par enlèvement d'une ou plusieurs parties amovibles. Le brevet US 5 192 888 concerne une boîte à bornes disposée sur le carter d'un moteur électrique comportant une base et un couvercle, la base épousant la forme du carter. 20 Le brevet US 6 002 083 décrit une boîte à bornes de moteur formée par l'assemblage de deux coquilles selon un plan sensiblement oblique et le brevet US 5 637 829 un boîtier dont une paroi présente des lignes de fragilisation découpables facilement et formant une ouverture de la taille des câbles à introduire. Le brevet US 6 828 704 divulgue une boîte à bornes pour moteur électrique 25 ayant un trou sur l'un de ses panneaux permettant d'accueillir des câbles qui sont connectés à des conducteurs internes via un support fixé à la base. La demande WO 2011/091668 décrit un système permettant de monter une boîte à bornes sur un moteur. Le brevet US 5 769 659, la demande CA 85 33 79, le brevet FR 1 092 897, les 30 demandes JP 5083899 et JP 57 025 133 et la demande de brevet FR 2 778 796 divulguent d'autres exemples de boîtes à bornes.

La quasi-totalité des boîtes à bornes d'alternateurs industriels sont construites par un assemblage de multiples éléments métalliques. La confection et l'assemblage de ces éléments métalliques sont fastidieux et nécessitent la mise en oeuvre d'une grande quantité d'éléments de visserie ainsi que l'ajout 5 de supports pour assurer le maintien à l'intérieur de la boîte à bornes de différents modales électroniques spécifiques à. chaque machine électrique. L'interface mécanique de la boîte à bornes avec le carter de la machine nécessite souvent la réalisation de formes assez complexe. Dans ces zones d'interfaces, les dispersions dimensionnelles dans l'assemblage introduisent souvent des précontraintes 10 importantes, et sous l'effet de sollicitations vibratoires, des éléments de tôlerie peuvent se déchirer par fatigue. Lorsque la machine électrique est un alternateur qui est associé à un moteur thermique d'entraînement, pour former un groupe électrogène, une armoire de contrôle est généralement prévue. Cette armoire est disposée de façon différente selon les 15 constructeurs, et peut se situer par exemple au-dessus de l'alternateur, sur le ou les côtés, ou sur l'arrière. Quelle que soit la position retenue, l'accès à l'intérieur de la boîte à bornes doit être possible avec un maximum de facilité pour effectuer par exemple les réglages d'un régulateur de tension présent à l'intérieur. Il existe un besoin pour simplifier la fabrication des boîtes à bornes des 20 machines électriques, notamment en diminuant le nombre de pièces constitutives pour tendre vers une standardisation, tout en gardant constante voire en améliorant la tenue à la dégradation par fatigue de la boîte et la facilité d'accès à son intérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon un premier de ses aspects, une machine électrique tournante, comportant un carter de machine et une boîte à bornes rapportée sur 25 le carter, la boîte à bornes comportant une embase, celle-ci définissant au moins : - une zone de fixation d'au moins un module électronique, cette zone de fixation comportant un ou plusieurs éléments de support pour recevoir des éléments de fixation du ou des modules, - une zone de raccordement électrique, cette dernière comportant au moins un plot de 30 réception d'au moins un élément de connexion électrique, le ou les éléments de support et le ou les plots étant moulés d'une seule pièce avec l'embase.

Grâce à l'invention, la fabrication de la boîte à bornes et l'assemblage de ses éléments constitutifs et de son contenu sont facilités. L'embase peut assurer l'ensemble des interfaces entre le carter de la machine et l'ensemble des modules électroniques et permettre le montage d'un capot.

La zone de fixation du ou des modules électroniques comporte des éléments de support pour recevoir des éléments de fixation, de préférence des écrous à pinces ; le montage du ou des modules et de leurs diverses options peut se faire facilement, sans ajout de platines ou de supports de fixation rapportés. Les éléments de support permettent d'offrir une quantité quasi-illimitée de 10 configurations d'aménagement, en fonction des besoins de la machine électrique. Le nombre d'éléments de support est de préférence supérieur ou égal à deux, de façon à permettre à au moins un module d'être fixé sur deux éléments de support. Lorsque la machine électrique comporte plusieurs modules électroniques, les éléments de support sur lesquels repose un module électronique sont différents de ceux sur 15 lesquels reposent le ou les autres modules. Le ou les éléments de support sont de préférence prépercés ; le ou les éléments de support comportent avantageusement au moins un perçage en excès, une fois le ou les modules électroniques en place ; et les perçages sont répartis de préférence sur sensiblement toute leur longueur. 20 Les éléments de fixation peuvent comporter des écrous à pinces, et le ou les éléments de support peuvent comporter des logements facilitant leur positionnement, tels que des renfoncements de contour sensiblement rectangulaire. Le ou les modules électroniques peuvent être choisis parmi les régulateurs de tension et les variateurs de vitesse, et le ou l'un au moins des modules électroniques 25 peu(ven)t être relié(s) à des conducteurs électriques de la machine électrique tournante, de préférence par l'intermédiaire du ou des éléments de connexion électrique. La zone de raccordement peut comporter une pluralité de plots agencés à intervalles réguliers dans au moins une direction, mieux dans deux directions perpendiculaires entre elles. 30 Le ou les éléments de connexion électrique peuvent comporter des inserts métalliques filetés, ce qui permet d'adapter la configuration de raccordements électriques à différents couplages électriques (4 fils, 6 fils, 12 fils ...). Chaque insert métallique fileté peut recevoir un goujon fileté sur lequel sont disposées une ou plusieurs cosses reliées à des conducteurs électriques, ces cosses étant maintenues sur le goujon à l'aide d' écrou(s). Les inserts métalliques filetés sont ainsi, avantageusement, des inserts femelles filetés intérieurement.

L'embase peut être surmoulée sur les inserts femelles. La zone de raccordement peut être centrale et l'embase définit de préférence au moins deux zones de fixation disposées de part et d'autre de la zone de raccordement centrale, notamment sur les côtés latéraux de l'embase. L'embase est de préférence symétrique par rapport à un plan médian 10 longitudinal. La machine peut comporter un capot fixé sur l'embase, ce capot comportant de préférence au moins un panneau individuel amovible pouvant être séparé de la boîte à bornes sans enlèvement du capot dans sa totalité. Le capot peut comporter des panneaux avant et arrière, des panneaux latéraux 15 et un couvercle, tous ces éléments pouvant être amovibles les uns par rapport aux autres afin de faciliter l'accès dans différentes configurations de groupe électrogène par exemple. L'embase peut comporter des logements de réception d'éléments de fixation du capot sur l'embase. Le capot peut être métallique. 20 En particulier, les panneaux et/ou le couvercle peuvent être réalisés à partir de feuilles d'acier rectangulaires en minimisant le temps de fabrication et les chutes de matière. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'embase est moulée dans une matière thermoplastique, éventuellement renforcée par une charge 25 minérale. Ceci permet de reporter toute complexité de formes de la boîte à. bornes sur une pièce plastique moulée et donc facile à réaliser. De plus, de par la plasticité de son matériau, l'embase s'affranchit très facilement des variations dimensionnelles du carter de la machine et réduit donc considérablement les risques de dégradation par fatigue. 30 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente en perspective, de façon schématique et partielle, une boîte à bornes selon l'invention, disposée sur le carter d'une machine électrique tournante, - la figure 2 est une vue capot démonté de la boîte à bornes de la figure 1, - les figures 3A, 3B et 3C représentent l'embase fixée sur le carter de la machine, 5 accueillant un module électronique sur la figure 3A, un autre module électronique sur la figure 3B, différent de celui représenté sur la figure 3A, et deux modules électroniques sur la figure 3C, la figure 4 représente isolément l'embase, la figure 5 représente isolément un élément de fixation, et 10 la figure 6 représente l'élément de fixation de la figure 5 en place sur un élément de support de l'embase. La machine électrique 1 représentée aux figures 1 et 2 comporte un carter 2 sur lequel est monté une boîte à bornes 3, par exemple en partie supérieure de la machine comme illustré, cette disposition n'étant toutefois qu'un exemple possible parmi d'autres. 15 Le carter 2 loge de façon connue en soi un stator de machine électrique et un rotor qui tourne à l'intérieur du stator autour d'un axe de rotation X qui coïncide ici avec l'axe longitudinal de la machine 1. Le carter 2 peut comporter, comme illustré, un corps 5 sur lequel est rapporté un flasque 6, celui-ci pouvant, comme illustré, comporter des ouïes d'aération 7. 20 Dans l'exemple illustré, la boîte à bornes 3 recouvre le corps 5 du carter 2 ainsi qu'une p. e du flasque 6. La machine 1 est par exemple un alternateur mais l'invention n'est pas limitée aux alternateurs et peut s'appliquer également à d'autres machines électriques tournantes telles que des moteurs. L'invention s'intéresse de préférence à des machines électriques 25 dont la puissance est supérieure ou égale à 50 kW. La boîte à bornes 3 peut loger un ou plusieurs modules électroniques 20 qui sont par exemple constitués par un ou plusieurs régulateurs ou variateurs. Chacun des modules 20 peut comporter un certain nombre d'entrées ou de sorties qui peuvent être reliées électriquement par des câbles non représentés les unes aux 30 autres ainsi qu'aux conducteurs internes de la machine, ces derniers étant fixés à des éléments de connexion électrique 22 situés dans une zone de raccordement électrique 23.

Le ou les modules électroniques 20 sont situés dans des zones de fixation 24 et 25, les zones de fixation 24 et 25 étant disposées par exemple respectivement de part et d'autre de la zone de raccordement 23, notamment à gauche et à droite de celle-ci quand la machine est observée selon son axe longitudinal X.

Dans l'exemple illustré, les éléments de connexion électriques 22 comportent des inserts métalliques filetés qui sont reçus dans des plots 30 disposés par exemple, comme on peut le voir sur la figure 4, avec un écartement régulier dans la direction longitudinale et dans la direction transversale. Les inserts métalliques filetés sont de préférence incorporés par surmoulage 10 dans l'embase 10. Ils sont de préférence de type femelle. Il est ainsi possible de venir y visser des goujons, non représentés ici, comme par exemple des vis sans tête He, en nombre et de longueur adaptés au besoin. Dans l'exemple illustré, les plots 30 sont disposés de manière régulière dans les directions longitudinale et transversale et forment un réseau, avec par exemple quatre 15 rangées de trois plots 30 consécutifs. Les plots 30 peuvent être reliés entre eux par des nervures 32 qui s'étendent par exemple comme un quadrillage. La zone de raccordement électrique 23 peut comporter, de part et d'autre des plots 30, dans le sens longitudinal, des pattes 36 de fixation sur le carter, pourvues d'au 20 moins un perçage 37 de passage d'un élément de fixation tel qu'une vis ou un rivet. L'embase 10 comporte dans les zones de fixation 24 et 25 des éléments de support 42, ces éléments de support 42 se présentant par exemple sous la forme de rails prépercés, disposés parallèlement les uns aux autres selon l'axe longitudinal X. Ces rails sont de préférence au nombre de 2 à 10, et sont, comme illustré, avantageusement reliés 25 par des nervures transversales 44, moulées d'une seule pièce avec le reste de l'embase 10, ces nervures transversales 44 améliorant la tenue mécanique de l'embase 10 tout en participant au support des rails. L'embase peut également comporter une ou plusieurs nervures longitudinales 46. 30 Les préperçages sont par exemple moulés avec des renfoncements de forme rectangulaire, de façon à accueillir, comme illustré sur la figure 6, des éléments de fixation tels que des écrous à pince 50, dont l'un d'entre eux est représenté isolément à la figure 5.

Les préperçages sont préférentiellement au nombre de 10 à 100. Les écrous à pince 50 peuvent comporter, de façon conventionnelle, un fût 55 fileté intérieurement, supporté par une pince 52, laquelle peut venir s'engager sur un élément de support 42 dans son épaisseur, le ffit 55 venant se positionner en regard d'un 5 préperçage. Les côtés latéraux 56 de l'embase 10 comportent de préférence des cloisons 69, pourvues d'au moins un perçage 70 de passage d'un élément de fixation sur le carter 2 tel qu'une vis ou un rivet. Les éléments de support 42 peuvent comporter des préperçages en excès, de 10 telle sorte que la boite à bornes 3 peut facilement accueillir des modules électroniques 20 de tailles différentes, selon une grande variété d'agencement. Des agencements possibles sont illustrés sur les figures 3A, 3B et 3C ; la même embase 10 accueille sur les figures 3A et 3B un seul nolule 20, tandis qu'elle en accueille deux sur la figure 3C. De plus, cette même embase 10 accueille un module électronique 20 15 représenté sur la figure 3A qui diffère, notamment de par sa taille, de celui représenté sur la figure 3B. Les éléments de support 42i, 42j, 42k et un élément de support non visible sur la figure 4, servant à la fixation du module 20 de la figure 3A, sont différents des éléments de support 42r et 42s servant à la fixation du module 20 de la figure 3B. L'embase est de préférence symétrique par rapport à un plan médian 20 longitudinal comportant l'axe X. De préférence également, comme illustré, les côtés latéraux 56 de l'embase 10 ainsi que les montants avant et arrière 51 comportent des logements 53 permettant d'accueillir des écrous à pince 50 servant au montage des différents éléments constitutifs du capot 11. Les côtés latéraux 56 peuvent également comporter chacun un décrochement 25 72 permettant de positionner sur l'embase l'un des panneaux latéraux 14 et 15. Il en est de même des côtés avant et arrière qui présentent chacun un décrochement 72 pour le positionnement de l'un des panneaux avant et arrière 16 et 17, la profondeur de ces décrochements 72 correspondant sensiblement à l'épaisseur des panneaux. Les côtés latéraux 56 ainsi que les montants avant et arrière 51 sont moulés 30 d'une seule pièce avec le reste de l'embase 10.

Les éléments dê support des côtés latéraux 56 peuvent porter des pattes 80 pourvues chacune d'un perçage 81, destinées à la fixation d'un module, et dirigées vers le plan médian longitudinal de l'embase 10. Dans un exemple d'agencement, la zone de fixation 25, et par symétrie, le cas, 5 échéant, également la zone de fixation 24, comporte plusieurs nervures transversales 44, pouvant avoir des largeurs différentes, ainsi qu'au moins une nervure longitudinale 46. La zone de fixation 25, et par symétrie, le cas échéant, également la zone de fixation 24, peut comporter au moins deux sous-zones de fixation de modules électroniques 20, chacune des sous-zones pouvant comporter un agencement d'éléments de 10 support 20 qui lui est propre. Par exemple la sous-zone située le plus à droite de la figure 4 comporte trois rails longitudinaux prépercés, tandis que la sous-zone située le plus à gauche de cette même figure n'en comporte que deux, celui du milieu n'étant pas prépercé. Comme illustré sur la figure 4, les surfaces 42 de réception des écrous à pince 50 d'un rail peuvent être adjacentes les unes aux autres ou bien être séparées les unes des 15 autres par exemple par une nervure ou par une cloison, ceci de manière potentiellement différente d'un rail à l'autre. Les éléments de support 42 situés du côté du montant 51 le plus à gauche sur la figure 4 sont reliés entre eux par un élément de jonction 83 qui s'étend selon un plan perpendiculaire à l'axe X, cet élément de jonction 83 étant moulé d'une seule pièce avec le 20 reste de l'embase 10. Comme on le voit sur la figure 1, une fois le capot 11 assemblé, le couvercle 13 vient recouvrir les différents panneaux 14 à 17 à leur partie supérieure, sans toutefois empêcher leur démontage de façon individuelle. Chaque panneau latéral 14 ou 15 peut comporter un perçage 60 pour le passage 25 d'une vis qui se visse sur le panneau adjacent avant ou arrière 16 ou 17, dans un perçage correspondant 61 de ce panneau avant ou arrière. De même, le couvercle 13 comporte des perçages 63 pour le passage de vis qui s'engagent dans des perçages correspondants 65 des panneaux avant et arrière 16 ou 17, Pour assembler la boîte à bornes 3, on commence par fixer l'embase 10 sur le carter 2 de la 30 machine 1, à l'aide par exemple de vis engagées dans des perçages 37 des pattes 36 ainsi éventuellement que dans les perçages 70 derémbase 10.

Ensuite, le ou les modules électroniques 20 peuvent être fixés sur l'embase 10 grâce aux éléments de fixation, par exemple des écrous à pince 50, leur positionnement étant choisi de façon. à faciliter leur implantation et la maintenance de la machine. Les câbles sont connectés à l'aide de cosses engagées sur des goujons vissés dans les inserts 5 22, et maintenus sur les goujons à l'aide d'écrous. Les goujons sont de préférence des vis sans tête Hc. Après assemblage des différents composants à l'intérieur de la boîte à bornes 3, le capot 11 peut être mis en place, étant par exemple pré-assemblé pas vissage du couvercle 13 sur les panneaux 14 à 17, puis fixé sur l'embase 10. De préférence, les différents éléments du capot 11 sont métalliques mais on ne sort pas du cadre de la I 0 présente invention lorsque le capot est réalisé avec des éléments non métalliques. Le cas échéant, le capot 11 peut être réalisé de façon monobloc avec les différents panneaux et le couvercle. On ne sort pas du cadre de la présente invention en apportant diverses modifications à l'exemple qui vient d'être décrit.

15 Par exemple, on peut modifier l'emplacement de la zone de raccordement électrique au sein de l'embase, et faire en sorte que cette zone de raccordement ne soit plus centrale. L'expression « comportant un » doit se comprendre comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (1), comportant un carter (2) de machine (1) et une boîte à bornes (3) rapportée sur le carter (2), la boîte à bornes (3) comportant une 5 embase (10), celle-ci définissant au moins : - une zone de fixation (24 ; 25) d'au moins t. module électronique (20), cette zone de fixation (24 ; 25) comportant un ou plusieurs éléments de support (42) pour recevoir des éléments de fixation du ou des modules (20), - une zone de raccordement électrique (23), cette dernière, comportant au moins i. 10 plot (30) de réception d'au moins un élément de connexion électrique (22), le ou les éléments de support (42) et le ou les plots (30) étant moulés d'une seule pièce avec l'embase (10).
2. 2. Machine (1) selon la revendication 1, le ou les éléments de support (42) étant prépercés.
3. 3. Machine (1) selon la revendication 2, le ou les éléments de support (42) comportant au moins un perçage en excès.
4. 4. Machine (1) selon l'une des revendications 2 et 3, le ou les éléments de support (42) comportant des perçages répartis sur sensiblement toute leur longueur.
5. 5. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, les 20 éléments de fixation comportant des écrous à pinces (50).
6. 6. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le ou les modules électroniques (20) étant choisis de préférence parmi des régulateurs de tension et des variateurs de vitesse, et le ou l'un au moins des modules électroniques (20) étant relié à des conducteurs électriques de la machine électrique tournante, de préférence par 25 l'intermédiaire du ou des éléments de connexion électrique (22).
7. 7. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la zone de raccordement (23) comportant une pluralité de plots (30) agencés à intervalles réguliers dans au moins une direction, mieux dans deux directions perpendiculaires entre elles.
8. 8. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le ou les éléments de connexion électrique (22) comportant des inserts métalliques filetés, étant de préférence surmoulés dans l'embase (10), notamment des inserts filetés femelles agencés pour recevoir des vis ou goujons filetés, notamment des vis sans tête Hc.
9. 9. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la zone de raccordement (23) étant centrale, l'embase (10) définissant de préférence au moins 5 deux zones de fixation (24 ; 25) disposées de part et d'autre de la zone de raccordement centrale (23), notamment sur les côtés latéraux de l'embase.
10. 10. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un capot (11) fixé sur l'embase (10), ce capot (11) comportant de préférence au moins un panneau individuel amovible pouvant être séparé de la boîte à bornes (3) sans 10 enlèvement du capot (11) dans sa totalité.
11. 11. Machine (1) selon la revendication précédente, le capot (11) comportant des panneaux avant et arrière (16 ; 17), des panneaux latéraux (14 ; 15) et un couvercle (13), tous ces éléments étant amovibles les uns par rapport aux autres.
12. 12. Machine (1) selon l'une des revendications 10 et 11, l'embase (10) 15 comportant des logements (53) de réception d'éléments de fixation du capot sur l'embase (10).
13. 13. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, le capot (11) étant métallique.
14. 14. Machine (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 l'embase (10) étant moulée dans une matière thermoplastique.