FR3017502A1

FR3017502A1 - SYSTEM FOR MOUNTING A ROTATING SHAFT OF ELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: FR3017502A1
Application number: FR1450953A
Authority: FR
Inventors: Sebastien Schaff; Bruno Chalmette
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-14
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: FR3017502B1

Abstract

L'invention concerne un système de mise à la masse d'un arbre tournant (AT) de machine électrique, comportant : - un cadre support (CS) destiné à être fixé à une partie fixe de ladite machine électrique, - un circuit conducteur apte à relier ledit cadre support (CS) à une masse de ladite machine électrique, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une lamelle conductrice élastique (LC) maintenue dans ledit cadre support (CS), ladite lamelle conductrice élastique (LC) étant apte à être en contact et en appui élastique avec une surface latérale dudit arbre tournant (AT) lorsque ledit cadre support (CS) est fixé sur ladite partie fixe de ladite machine électrique.The invention relates to a system for grounding an electric machine rotating shaft (AT), comprising: - a support frame (CS) intended to be fixed to a fixed part of said electrical machine, - a suitable conducting circuit to connect said support frame (CS) to a mass of said electrical machine, said system being characterized in that it further comprises an elastic conductive strip (LC) held in said support frame (CS), said elastic conductive strip (LC) ) being adapted to be in contact and in elastic support with a lateral surface of said rotating shaft (AT) when said support frame (CS) is fixed on said fixed part of said electrical machine.

Description

Système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l'électrotechnique, et concerne plus précisément un système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique. Les architectures de véhicules électriques ou hybrides basées sur le concept d'un moteur électrique de traction entraînant un réducteur de vitesse, amènent beaucoup de courants de fuite dans les parties mécaniques de leurs groupes motopropulseurs électriques. Notamment les pistes de roulement et les dentures d'un tel groupe motopropulseur sont endommagés par les courants de fuite en provenance du rotor du moteur électrique correspondant, ces courants de fuite circulant de pièce en pièce jusqu'à une masse du groupe motopropulseur. Afin de limiter ces dégradations, il est intéressant de faciliter le passage de ces courants de fuite directement depuis l'arbre tournant du moteur électrique au carter du moteur électrique, relié par ailleurs à la masse du groupe motopropulseur, constituée le plus souvent par le châssis du véhicule. A cet effet, le brevet américain US7,136,271 propose un anneau métallique apte à être fixé au carter d'une machine électrique, cet anneau comportant des filaments conducteurs aptes à conduire par ionisation l'électricité statique présent sur l'arbre tournant de la machine électrique, jusqu'au carter de cette machine électrique. Cette solution est efficace, mais étant brevetée et sollicitée, elle est également très coûteuse. De plus les filaments conducteurs confinent l'espace entre l'arbre moteur et une partie du carter, ce qui induit des risques de pollution de cet espace par l'eau ou la poussière.The present invention relates generally to the field of electrical engineering, and more specifically relates to a system for grounding a rotary shaft of an electric machine. Electric or hybrid vehicle architectures based on the concept of an electric traction motor driving a speed reducer, bring many leakage currents into the mechanical parts of their electric powertrains. In particular, the running tracks and the teeth of such a powertrain are damaged by the leakage currents coming from the rotor of the corresponding electric motor, these leakage currents flowing from room to room up to a mass of the powertrain. In order to limit these impairments, it is advantageous to facilitate the passage of these leakage currents directly from the rotating shaft of the electric motor to the crankcase of the electric motor, furthermore connected to the mass of the powertrain, most often constituted by the chassis of the vehicle. For this purpose, US Pat. No. 7,136,271 proposes a metal ring adapted to be fixed to the casing of an electric machine, this ring comprising conductive filaments capable of ionizing the static electricity present on the rotating shaft of the machine. electric, to the casing of this electric machine. This solution is effective, but being patented and solicited, it is also very expensive. In addition the conductive filaments confine the space between the motor shaft and a portion of the housing, which induces risks of pollution of this space by water or dust.

La demande de brevet internationale W02013/086531 propose également une solution consistant à faire passer les courants de fuite entre l'arbre tournant d'une machine électrique et la masse de celle-ci, utilisant un anneau de déviation du courant, fixé au carter de la machine et comprenant des éléments conducteurs radiaux venant au contact de l'arbre tournant. Cependant ces éléments conducteurs ont une surface de contact importante avec l'arbre de la machine, provoquant une abrasion prématurée de celui-ci. De plus ils nécessitent un positionnement précis sur l'anneau de déviation afin d'assurer un contact permanent avec l'arbre malgré les différents défauts géométriques de fabrication ou de montage de celui-ci. Ce choix d'utiliser de tels éléments conducteurs rend cette solution complexe et coûteuse à fabriquer et à monter.International Patent Application WO2013 / 086531 also proposes a solution of passing the leakage currents between the rotating shaft of an electric machine and the mass thereof, using a current deflection ring, fixed to the casing of the machine and comprising radial conductive elements coming into contact with the rotating shaft. However, these conductive elements have a large contact surface with the shaft of the machine, causing premature abrasion thereof. In addition, they require precise positioning on the deflection ring in order to ensure permanent contact with the shaft despite the various geometrical manufacturing or assembly defects thereof. This choice of using such conductive elements makes this solution complex and expensive to manufacture and assemble.

Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique qui soit peu coûteux et s'adapte facilement aux dispersions de fabrication et/ou de montage de l'arbre tournant dans la machine électrique, pour assurer un contact électrique avec l'arbre tournant sans occasionner de frottements trop importants avec celui-ci. A cette fin, l'invention propose un système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique, comportant : -un cadre support destiné à être fixé à une partie fixe de ladite machine électrique, - un circuit conducteur apte à relier ledit cadre support à une masse de ladite machine électrique, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une lamelle conductrice élastique maintenue dans ledit cadre support, ladite lamelle conductrice élastique étant apte à être en contact et en appui élastique avec une surface latérale dudit arbre tournant lorsque ledit cadre support est fixé sur ladite partie fixe de ladite machine électrique.It is an object of the invention to overcome at least some of the disadvantages of the prior art by providing a system for grounding an electric machine rotating shaft which is inexpensive and readily adapts to dispersions of manufacture and / or mounting of the rotating shaft in the electrical machine, to ensure electrical contact with the rotating shaft without causing too much friction with it. To this end, the invention proposes a system for grounding a rotary shaft of an electric machine, comprising: a support frame intended to be fixed to a fixed part of said electrical machine; a conductive circuit capable of connecting said support frame to a mass of said electrical machine, said system being characterized in that it further comprises a resilient conductive lamella held in said support frame, said resilient conductive lamella being able to be in contact and in elastic support with a surface lateral of said rotating shaft when said support frame is fixed on said fixed part of said electric machine.

Grâce à l'invention, le contact entre le système de mise à la masse selon l'invention et l'arbre tournant est limité à des surfaces en appui élastique d'une lamelle conductrice, ce qui permet de facilement obtenir un contact entre l'arbre tournant et le système selon l'invention, sans réglage précis du positionnement de la lamelle conductrice. Selon une caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ledit appui élastique entre ladite lamelle conductrice élastique et ledit arbre tournant s'effectue sur une portion comprise entre 1 % et 4 `Vo de la circonférence dudit arbre tournant. Ainsi on limite les frottements sur l'arbre tournant et donc l'abrasion de celui-ci. Ces valeurs dépendent de la tension du courant de fuite à évacuer, mais aussi des matériaux utilisés et de la résistivité souhaitée de l'ensemble. Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite lamelle conductrice élastique forme un ruban dont la section transversale est un contour fermé concave. Cette configuration de lamelle conductrice permet une fixation et un montage de la lamelle conductrice dans le cadre support très simples et peu coûteux. Préférentiellement, ledit appui élastique entre ladite lamelle conductrice élastique et ledit arbre tournant s'effectue par mise en contrainte de ladite lamelle au niveau d'une ou plusieurs concavités dudit ruban. Ainsi la mise en contrainte de la lamelle ne nécessite pas de pièces additionnelles. De préférence, ladite section transversale dudit ruban est un contour fermé présentant trois concavités disposées sensiblement symétriquement par rapport au centre de symétrie dudit contour. Ainsi on obtient plus facilement un contact entre la lamelle conductrice élastique et l'arbre tournant, même si celui-ci présente des défauts de positionnement, tout en ayant un appui élastique de la lamelle occasionnant peu de frottements avec l'arbre tournant. Par « sensiblement » on entend ici à peu près, par exemple les concavités sont disposées angulairement régulièrement autour du contour, à 10% d'erreur angulaire près.Thanks to the invention, the contact between the grounding system according to the invention and the rotating shaft is limited to elastic bearing surfaces of a conductive strip, which makes it easy to obtain contact between the rotating shaft and the system according to the invention, without precise adjustment of the positioning of the conductive strip. According to an advantageous characteristic of the grounding system according to the invention, said elastic support between said elastic conductive strip and said rotating shaft is effected over a portion of between 1% and 4% of the circumference of said rotating shaft. Thus it limits the friction on the rotating shaft and therefore the abrasion thereof. These values depend on the voltage of the leakage current to be discharged, but also on the materials used and the desired resistivity of the assembly. According to another advantageous characteristic, said elastic conductive strip forms a ribbon whose cross section is a concave closed contour. This configuration of conductive lamella allows a fixing and mounting of the conductive lamella in the support frame very simple and inexpensive. Preferably, said elastic support between said elastic conductive strip and said rotating shaft is made by stressing said strip at one or more concavities of said strip. Thus the stress of the slat does not require additional parts. Preferably, said cross section of said ribbon is a closed contour having three concavities arranged substantially symmetrically with respect to the center of symmetry of said contour. Thus it is more easily obtained a contact between the elastic conductive strip and the rotating shaft, even if it has positioning defects, while having an elastic support of the blade causing little friction with the rotating shaft. By "substantially" is meant here roughly, for example the concavities are arranged angularly regularly around the contour, 10% angular error close.

Selon une autre caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ladite lamelle conductrice élastique est métallique. Le métal formant ladite lamelle conductrice élastique est par exemple en cuivre, ou en acier.According to another advantageous characteristic of the grounding system according to the invention, said elastic conductive strip is metallic. The metal forming said elastic conductive strip is for example copper, or steel.

Selon une autre caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ledit cadre support est un cylindre creux présentant une ouverture à chacune de ses bases, aptes à laisser passer ledit arbre tournant. Un tel cadre support est simple à réaliser et est suffisant pour maintenir la lamelle conductrice élastique autour de l'arbre sans ajout de pièces de fixation. Avantageusement, l'une desdites bases dudit cadre support est un couvercle amovible apte à permettre l'introduction de ladite lamelle conductrice élastique dans ledit cadre support. Ce couvercle permet le maintien axial de la lamelle conductrice dans le cadre support. Le couvercle présente éventuellement des orifices de sortie de pollution orientés en dehors du dispositif à protéger. Par exemple si ce dispositif est un groupe motopropulseur, et la lamelle située en sortie du réducteur de ce groupe motopropulseur, le couvercle présente des orifices permettant aux poussières ou à l'eau d'être évacués hors du réducteur du groupe motopropulseur.According to another advantageous characteristic of the grounding system according to the invention, said support frame is a hollow cylinder having an opening at each of its bases, able to let said rotating shaft. Such a support frame is simple to make and is sufficient to maintain the elastic conductive strip around the shaft without adding fasteners. Advantageously, one of said bases of said support frame is a removable cover adapted to allow the introduction of said elastic conductive strip in said support frame. This cover allows the axial retention of the conductive strip in the support frame. The cover optionally has pollution outlet orifices oriented outside the device to be protected. For example if this device is a powertrain, and the blade located at the output of the reducer of this powertrain, the cover has holes allowing dust or water to be removed from the gearbox of the powertrain.

Selon une autre caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ledit cadre support étant destiné à être fixé à un carter de ladite machine électrique, et ladite masse étant connectée audit carter, ledit cadre support est conducteur, ledit circuit conducteur étant formé par ledit cadre support lui-même. On simplifie ainsi le circuit de connexion à la masse de l'arbre tournant. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente un système de mise à la masse selon l'invention, dans ce mode de réalisation préféré, - la figure 2 représente une lamelle conductrice élastique du système de mise à la masse, dans ce mode de réalisation préféré, - et la figure 3 représente un cadre support maintenant cette lamelle élastique, ainsi qu'un couvercle du cadre support, dans ce mode de réalisation préféré.According to another advantageous characteristic of the grounding system according to the invention, said support frame being intended to be fixed to a housing of said electric machine, and said ground being connected to said housing, said support frame is conductive, said conductive circuit being formed by said support frame itself. This simplifies the connection circuit to the mass of the rotating shaft. Other features and advantages will appear on reading a preferred embodiment described with reference to the figures in which: - Figure 1 shows a grounding system according to the invention, in this preferred embodiment, - FIG. 2 shows a resilient conductive lamella of the earthing system, in this preferred embodiment, and FIG. 3 shows a support frame holding this elastic lamella, as well as a cover of the support frame, in this embodiment of FIG. preferred embodiment.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, un système de mise à la masse d'un arbre tournant AT d'une machine électrique comporte un cadre support CS, destiné à être fixé à une partie fixe de la machine électrique, telle que le stator ou le carter de cette machine. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le cadre support CS est destiné à être fixé au carter de la machine électrique, par des attaches telles que des vis ou des pattes métalliques, ou encore par frettage ou sertissage.According to a preferred embodiment of the invention shown in FIG. 1, a system for grounding a rotating shaft AT of an electric machine comprises a support frame CS intended to be fixed to a fixed part of the machine. electric machine, such as the stator or housing of this machine. In this embodiment of the invention, the support frame CS is intended to be fixed to the housing of the electric machine, by fasteners such as screws or metal tabs, or by shrinking or crimping.

Le carter de la machine électrique étant, dans ce mode de réalisation de l'invention, lui-même relié électriquement à la masse de la machine électrique, le cadre support CS est réalisé en métal, par exemple en aluminium, de manière à former un circuit conducteur reliant électriquement le cadre support CS et la masse de la machine électrique.The case of the electric machine being, in this embodiment of the invention, itself electrically connected to the mass of the electrical machine, the support frame CS is made of metal, for example aluminum, so as to form a conductive circuit electrically connecting the support frame CS and the mass of the electric machine.

En variante de réalisation, le cadre support n'est pas directement monté sur le carter mais par exemple sur un déflecteur en plastique de la machine électrique. Dans cette variante un circuit conducteur, tel qu'une piste de cuivre, relie électriquement le cadre support réalisé préférentiellement en métal, avec la masse de la machine électrique.As an alternative embodiment, the support frame is not directly mounted on the housing but for example on a plastic baffle of the electric machine. In this variant a conductive circuit, such as a copper track, electrically connects the support frame made preferably of metal, with the mass of the electric machine.

Dans le mode préféré de réalisation de l'invention, le cadre support est un cylindre creux présentant une ouverture à chacune de ses bases, afin de permettre le passage de l'arbre tournant AT dans la machine électrique. Cependant en variante de réalisation il est possible d'utiliser un cadre support formé de plusieurs parties, ou de forme différente, par exemple en arc de cercle.In the preferred embodiment of the invention, the support frame is a hollow cylinder having an opening at each of its bases, to allow the passage of the rotating shaft AT in the electric machine. However, as an alternative embodiment, it is possible to use a support frame formed of several parts, or of different shape, for example in a circular arc.

Le cadre support CS maintient une lamelle conductrice élastique LC, représentée entièrement sur la figure 2. Dans ce mode de réalisation de l'invention, la lamelle conductrice élastique LC est un ruban métallique de cuivre. Cependant en variante il est possible d'utiliser une lamelle élastique en polymère rendu conducteur par ajout de particules conductrices, ou d'utiliser une lamelle en acier, ou en tout autre matériau conducteur suffisamment élastique pour assurer un contact permanent avec l'arbre tournant AT sans frottements trop importants. Cette lamelle conductrice élastique LC est positionnée dans le cadre support CS de manière à permettre la mise en contrainte de la lamelle LC lorsque le cadre support CS contenant la lamelle LC est fixé sur la machine électrique, l'arbre tournant AT passant au centre du cadre support CS. Cette mise en contrainte s'effectue par appui élastique de la lamelle conductrice élastique LC sur l'arbre tournant, au niveau de zones C1, C2, C3, où un contact électrique avec l'arbre tournant est possible. Ce contact entre la lamelle conductrice élastique LC par appui élastique sur l'arbre tournant AT représente entre 1% et 4% de la de la circonférence dudit arbre tournant. Les zones de contact C1, C2, C3 correspondent à des concavités de la lamelle conductrice métallique LC, celle-ci ayant la forme d'un ruban fermé en ses extrémités, dessinant un contour concave. Ici les concavités de la lamelle conductrice élastique LC sont disposées angulairement de manière régulière autour du ruban. Ce ruban présente une largeur comprise entre 2 et 10 millimètres, et préférentiellement de 5 millimètres. Cette forme particulière de la lamelle conductrice élastique LC permet d'obtenir une élasticité suffisante pour assurer un contact permanent sur l'arbre tournant AT malgré les différents défauts géométriques de la machine électrique, par exemple une excentration de l'arbre tournant AT ou une section transversale non parfaitement ronde de l'arbre tournant. En variante de réalisation, la lamelle conductrice élastique LC n'a pas la forme en poire écrasée du mode préféré de réalisation, mais présente une seule ou deux concavités. De plus la section transversale de la lamelle conductrice LC n'est pas forcément un contour fermé, la ou les concavités de la lamelle conductrice élastique LC pouvant être alors maintenues dans le cadre support CS au moyen de fixations. Dans encore une autre variante de réalisation la lamelle conductrice élastique comporte plus de trois concavités, par exemple si on souhaite diminuer sa largeur, pour diminuer sa résistivité tout en ayant un contact électrique suffisant. En référence à la figure 3, le cadre support CS est représenté avec un couvercle CV amovible, en forme d'anneau. En variante ce couvercle est fixé par sertissage ou soudure au reste du cadre support CS. De préférence, le montage du cadre support CS et de la lamelle conductrice élastique LC sur l'arbre tournant AT est facilité par la présence d'un chanfrein CH sur l'arbre tournant AT, représenté à la figure 1. Ce chanfrein divise l'arbre tournant en deux parties, l'une d'entre elles Z2 présentant un plus petit diamètre que l'autre partie Z1 située de l'autre côté du chanfrein CH. En enfilant le cadre support CS et la lamelle conductrice élastique LC sur l'arbre tournant AT par la partie Z2 de l'arbre tournant, la mise sous contrainte de la lamelle conductrice LC s'effectue naturellement à son passage par le chanfrein CH, vers la partie Z1 de l'arbre tournant AT.The support frame CS holds a resilient conductive strip LC, shown entirely in FIG. 2. In this embodiment of the invention, the elastic conductive strip LC is a copper metal strip. However, alternatively it is possible to use an elastic strip of polymer made conductive by adding conductive particles, or to use a steel strip, or any other conductive material sufficiently elastic to ensure permanent contact with the rotating shaft AT without too much friction. This elastic conductive strip LC is positioned in the support frame CS so as to allow stressing of the LC strip when the CS support frame containing the LC strip is fixed on the electrical machine, the rotating shaft AT passing in the center of the frame CS support. This stressing is carried out by elastic support of the elastic conductive strip LC on the rotating shaft, at areas C1, C2, C3, where electrical contact with the rotating shaft is possible. This contact between the resilient conductive strip LC by elastic support on the rotating shaft AT represents between 1% and 4% of the circumference of said rotating shaft. The contact areas C1, C2, C3 correspond to concavities of the metal conductive strip LC, the latter having the form of a ribbon closed at its ends, forming a concave outline. Here the concavities of the elastic conductive strip LC are arranged angularly in a regular manner around the ribbon. This ribbon has a width of between 2 and 10 millimeters, and preferably 5 millimeters. This particular form of the elastic conductive strip LC makes it possible to obtain sufficient elasticity to ensure permanent contact on the rotating shaft AT despite the various geometrical defects of the electric machine, for example an eccentricity of the rotating shaft AT or a section not perfectly round transverse of the rotating shaft. In an alternative embodiment, the elastic conductive lamella LC is not in the crushed pear shape of the preferred embodiment, but has only one or two concavities. In addition the cross section of the conductive strip LC is not necessarily a closed contour, the concavity or concavities of the elastic conductive strip LC can then be maintained in the support frame CS by means of fasteners. In yet another alternative embodiment the elastic conductive strip has more than three concavities, for example if it is desired to reduce its width, to reduce its resistivity while having sufficient electrical contact. Referring to Figure 3, the CS support frame is shown with a removable CV cover, ring-shaped. Alternatively this lid is fixed by crimping or welding to the rest of the support frame CS. Preferably, the mounting of the support frame CS and the elastic conductive strip LC on the rotating shaft AT is facilitated by the presence of a chamfer CH on the rotating shaft AT, shown in FIG. 1. This chamfer divides the rotating shaft in two parts, one of them Z2 having a smaller diameter than the other part Z1 located on the other side of the chamfer CH. By threading the support frame CS and the elastic conductive strip LC on the rotating shaft AT by the portion Z2 of the rotating shaft, the stressing of the conductive strip LC occurs naturally as it passes through the chamfer CH, to the part Z1 of the rotating shaft AT.

Claims

REVENDICATIONS1. System for grounding an electric machine rotating shaft (AT), comprising: a support frame (CS) intended to be fixed to a fixed part of said electrical machine; a conductive circuit capable of connecting said support frame (CS) to a mass of said electrical machine, said system being characterized in that it further comprises a resilient conductive lamella (LC) held in said support frame (CS), said elastic conductive lamella (LC) being adapted to be in contact and in elastic support with a lateral surface of said rotating shaft (AT) when said support frame (CS) is fixed on said fixed part of said electrical machine.

2. Grounding system according to claim 1, characterized in that said elastic support between said elastic conductive strip (LC) and said rotating shaft (AT) is performed on a portion between 1% and 4% of the circumference of said rotating shaft (AT).

3. Grounding system according to claim 1 or 2, characterized in that said elastic conductive strip (LC) forms a ribbon whose cross section is a concave closed contour.

4. Grounding system according to claim 3, characterized in that said elastic support between said elastic conductive strip (LC) and said rotating shaft (AT) is made by stressing said blade (LC) at the level of one or more concavities (C1, C2, C3) of said ribbon.

5. Earthing system according to claim 3 or 4, characterized in that said cross section of said ribbon is a closed contour having three concavities (C1, C2, C3) arranged substantially symmetrically with respect to the center of symmetry of said contour.

6. System of grounding according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said elastic conductive strip (LC) is metallic.

7. Grounding system according to claim 6, characterized in that the metal forming said elastic conductive strip (LC) is copper, or steel.

8. System of grounding according to any one of claims 1 to 7, characterized in that said support frame (CS) is a hollow cylinder having an opening at each of its bases, able to let said rotating shaft ( AT).

9. A grounding system according to claim 8, wherein one of said bases of said support frame (CS) is a removable cover (CV) adapted to allow the introduction of said elastic conductive strip (LC) into said frame support (CS).

10. A grounding system according to any one of claims 1 to 9, characterized in that, said support frame (CS) being intended to be fixed to a housing of said electric machine, and said mass being connected to said housing said support frame (CS) is conductive, said conductive circuit being formed by said support frame (CS) itself.