FR3018011A1 - Ensemble electronique pour machine electrique tournante pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un ensemble électronique (10) pour machine électrique tournante pour véhicule automobile. Ledit ensemble électronique (10) se caractérise en ce qu'il comporte : - une pluralité de modules de puissance (101, 102, 103), chaque module de puissance (101, 102, 103) comprenant deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules (1011, 1012) ; - une connectique de signal (1013) intégrée dans ladite pluralité de modules de puissance (101,102, 103), ladite connectique de signal (1013) comprenant une pluralité de traces internes conductrices apte à véhiculer un signal de contrôle à travers chaque module de puissance (101, 102, 103), lesdites traces internes conductrices (1013) étant reliées auxdits éléments de connexion inter-modules (1011, 1012).

Description

ENSEMBLE ELECTRONIQUE POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE POUR VEHICULE AUTOMOBILE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un ensemble électronique pour machine électrique tournante pour véhicule automobile. La présente invention concerne également un module de puissance apte à être intégré dans un ensemble électronique. Elle trouve une application particulière mais non limitative dans le domaine des alterno-démarreurs de véhicule automobile, par exemple pour des alterno-démarreurs ou moteur-générateurs adaptés pour des applications véhicule de type « mild-hybrid ».

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Dans un véhicule automobile comportant un moteur thermique et une machine électrique tournante telle qu'un alterno-démarreur, un telle machine comporte de manière non limitative : - un rotor comprenant un inducteur dans lequel est amené un courant d'excitation ; et - un stator comprenant un bobinage polyphasé. L'alterno-démarreur fonctionne en mode moteur ou en mode générateur. C'est une machine dite réversible.

En mode alternateur appelé également mode générateur, la machine permet de transformer un mouvement de rotation du rotor entraîné par le moteur thermique du véhicule, en un courant électrique induit dans les phases du stator. Dans ce cas, un pont redresseur relié aux phases du stator permet de redresser le courant induit sinusoïdal en un courant continu pour alimenter des consommateurs du véhicule ainsi qu'une batterie. Au contraire, en mode moteur, la machine électrique fait office de moteur électrique permettant d'entraîner en rotation, via l'arbre du rotor, le moteur thermique du véhicule. Il permet de transformer l'énergie électrique en énergie mécanique. Dans ce cas un onduleur permet de transformer un courant continu provenant de la batterie en un courant alternatif pour alimenter les phases du stator pour faire tourner le rotor. Des signaux de contrôle sont utilisés pour déterminer le mode de 5 fonctionnement de la machine électrique tournante (mode moteur ou mode générateur). La fonction pont redresseur et onduleur est réalisée de manière classique par des modules de puissance. 10 Les signaux de contrôles sont véhiculés à travers les modules de puissance via une connectique de signal qui est une trace externe soudée auxdits modules de puissance. De manière classique, la trace externe est un bus barre formée de cuivre ou d'aluminium. 15 La fabrication d'un ensemble électronique comprenant de tels modules de puissance comporte les étapes de : - positionner les modules de puissance sur le palier de la machine électrique tournante ou sur un dissipateur disposé sur le palier ; - positionner la trace externe avec réajustement des modules de 20 puissance ; - visser la trace externe sur le palier pour la maintenir ; - souder la trace externe sur des connecteurs de chaque module de puissance ; - recouvrir chaque zone de connexion d'une résine de protection. 25 A la fin de l'assemblage des composants de l'ensemble électronique, un contrôle électrique est effectué pour vérifier le fonctionnement des modules de puissance et la qualité des soudures. 30 Un inconvénient de cet état de la technique réside dans le fait que lors du contrôle électrique, si une défaillance au niveau d'un module est détectée (par exemple en raison d'une soudure mal réalisée), la totalité des composants de l'ensemble électronique doit être jeté (que ce soit le module défaillant, ou les modules non défaillants). Il serait en effet hasardeux de dessouder le module défaillant et d'essayer de le ressouder correctement.

DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION A cette fin l'invention propose un ensemble électronique pour machine électrique tournante pour véhicule automobile selon lequel ledit ensemble électronique comporte : - une pluralité de modules de puissance, chaque module de puissance comprenant deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules ; - une connectique de signal intégrée dans ladite pluralité de modules de puissance, ladite connectique de signal comprenant une pluralité de traces internes conductrices apte à véhiculer un signal de contrôle à travers chaque module de puissance, lesdites traces internes conductrices étant reliées auxdits éléments de connexion inter-modules. Ainsi, l'ensemble électronique comprend une architecture dans laquelle la connectique de signal n'est plus effectuée par un élément rapporté, mais par des éléments intégrés. Il n'y a plus d'opérations de soudure. Selon des modes de réalisation non limitatifs, l'ensemble électronique, peut comporter en outre une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires parmi les suivantes. Selon un mode de réalisation non limitatif, les deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules sont : - un premier ensemble d'éléments de connexion inter-modules inférieurs situé dans le module de puissance à une position inférieure par rapport à un deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs, ledit premier ensemble étant apte à être couplé avec un deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs d'un module de puissance adjacent ; - ledit deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs apte à être couplé avec un premier ensemble d'éléments de connexion inter-modules inférieurs d'un module de puissance adjacent. Selon un mode de réalisation non limitatif, les éléments de connexion inter-modules ont une forme cintrée.

Selon un mode de réalisation non limitatif, un module de puissance comporte une céramique conductrice à laquelle sont reliées les traces internes conductrices.

Selon un mode de réalisation non limitatif, un module de puissance comprend deux cavités aptes à recevoir un joint d'étanchéité, une cavité encadrant un ensemble d'éléments de connexion inter-modules. Selon un mode de réalisation non limitatif, un module de puissance comporte deux points de fixation sur un palier arrière de la machine électrique tournante. Il est également proposé un module de puissance apte à être intégré dans un ensemble électronique pour machine électrique tournante pour véhicule automobile, selon lequel ledit module de puissance comporte : - deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules ; - une connectique de signal comprenant une pluralité de traces internes conductrices apte à véhiculer un signal de contrôle à travers ledit module de puissance, lesdites traces internes conductrices étant reliées auxdits éléments de connexion inter-modules.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. - la figure 1 représente une vue schématique d'un ensemble électronique pour machine électrique tournante pour véhicule automobile selon un mode de réalisation non limitatif de l'invention, ledit ensemble électronique comprenant trois modules de puissance ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'un module de puissance de l'ensemble électronique de la figure 1 selon un premier mode de réalisation non limitatif ; la figure 3 représente une vue en perspective d'un module de puissance de l'ensemble électronique de la figure 1 selon un deuxième mode de réalisation non limitatif ; la figure 4 représente une vue en coupe du module de puissance de la figure 3 ; la figure 5 représente une vue en coupe de l'amorce d'un couplage d'ensembles de connexion inter-modules de deux modules de puissance adjacents de la figure 2 ou de la figure 3 ; - la figure 6 représente une vue en coupe d'un couplage d'ensembles de connexion inter-modules de deux modules de puissance adjacents de la figure 2 ou de la figure 3 ; la figure 7 représente une vue en perspective d'une extrémité d'un module de puissance de la figure 2 ou de la figure 3, extrémité comprenant un premier ensemble de connexion inter-modules supérieurs ; la figure 8 représente une vue en perspective d'une extrémité d'un module de puissance de la figure 2 ou de la figure 3, extrémité comprenant un deuxième ensemble de connexion inter-modules inférieurs ; et ^ ^ ^ ^ ^ - la figure 9 représente une vue de dessus d'un palier de la machine électrique tournante sur lequel est positionné l'ensemble électronique de la figure 1.

DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes 10 références. L'ensemble électronique 10 pour machine électrique tournante est décrit en référence aux figures 1 à 9. La machine électrique tournante est dans un exemple non limitatif un alterna- 15 démarreur pour une application véhicule de type « mild-hybrid ». La machine électrique tournante est dans ce type d'application utilisée non seulement pour la génération électrique et le démarrage du moteur thermique (avec la fonctionnalité dite « Stop & Go » ou « Stop/Start » en anglais), mais également pour le freinage récupératif, la traction à faible vitesse du véhicule 20 et l'assistance en couple du moteur thermique. La figure 1 illustre schématiquement l'ensemble électronique 10. Selon un mode de réalisation non limitatif, l'ensemble électronique 10 comporte : - une pluralité de modules de puissance 101, 102, 103, chaque module de 25 puissance 101, 102, 103 comprenant deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules 1011, 1012 ; - une connectique de signal 1013 intégrée dans ladite pluralité de modules de puissance 101,102, 103, ladite connectique de signal 1013 comprenant une pluralité de traces internes conductrices apte à véhiculer 30 un signal de contrôle à travers chaque module de puissance 101, 102, 103, lesdites traces internes conductrices étant reliées auxdits éléments de connexion inter-modules 1011, 1012. Dans l'exemple non limitatif de la figure 1, l'ensemble électronique 10 comporte trois modules de puissance 101, 102, 103 et est disposé sur un palier arrière 40 de la machine électrique tournante. Dans la suite de la description, on utilisera indifféremment les termes module de puissance ou module pour désigner un module de puissance.

Les modules de puissance 101, 102, 103 sont décrits plus en détail ci-après. La figure 2 illustre un module de puissance 101 selon un premier mode de réalisation non limitatif apte à être intégré dans l'ensemble électronique 10 pour machine électrique tournante pour véhicule automobile. Pour plus de clarté les éléments de connexion inter-modules ont été représentés sans recouvrement de matière. Le module 101 comprend : - des interrupteurs électroniques 1015, tels que dans un exemple non limitatif des transistors MOSFET, les interrupteurs d'un module étant destinés à réaliser un bras de pont redresseur/onduleur pour une phase de la machine électrique tournante Dans l'exemple non limitatif de la figure, il y a quatre interrupteurs électroniques. - une unité de commande 1014 (appelé « driver » en anglais) pour commander les interrupteurs électroniques 1015 ; - les deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules 1011, 1012 ; - la connectique de signal 1013 composée de traces internes conductrices pour véhiculer les signaux de contrôle, lesdites traces internes conductrices étant reliées auxdits éléments de connexion inter-modules 1011, 1012. Dans l'exemple non limitatif de la figure, il y a cinq traces.

Les deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules 1011, 1012 sont les suivants : - un premier ensemble d'éléments de connexion inter-modules inférieurs 1011, ledit premier ensemble 1011 étant apte à être couplé avec un deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs 1012 d'un module de puissance adjacent. Ce premier ensemble 1011 est disposé dans le module de puissance 101 à une position inférieure par rapport à un deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs 1012. - le deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs 1012. Ce dernier est apte à être couplé avec un premier ensemble d'éléments de connexion inter-modules inférieurs 1011 d'un module de puissance adjacent. On remarquera que chaque ensemble 1011 et 1012 comprend dans l'exemple non limitatif illustré cinq pattes conductrices. Ainsi, les deux ensembles 1011 et 1012 permettent d'interconnecter les modules 101, 102, 103 entre eux et permettent d'assurer une continuité dans les pattes conductrices. On notera que le module 101 comprend en outre deux points de fixation 1016 pour fixer ledit module sur le palier arrière 40 de la machine électrique, ces deux points de fixation 1016 étant dans un exemple non limitatif des orifices aptes à recevoir des vis de fixation. La figure 3 illustre un module de puissance 101 selon un deuxième mode de réalisation non limitatif. Dans ce deuxième mode, on peut voir que des traces internes conductrices 1013 sont réparties de part et d'autre d'une céramique conductrice 1017 et reliées à ladite céramique via des liaisons filaires (appelées « wire bonding »en anglais).

La figure 4 illustre une vue en coupe selon l'axe B-B du module de la figure 3, sur laquelle, on peut bien observer les liaisons filaires 1018 reliant les traces internes 1013 à la céramique 1017. Par ailleurs, on peut observer que les traces 1014 sont reliées également aux éléments de connexion inter-modules 1011, la liaison étant effectuée à l'intérieur du corps 110 du module 101. On évite ainsi les fragilités mécaniques. Le driver de commande 1014 est relié également à la céramique 1017 via des liaisons filaires 1018. Comme illustré sur la figure 4, les éléments de connexion inter-modules 1011 sont situés à une position plus basse que les éléments de connexion inter-modules 1012.

Les figures 5 et 6 illustrent un assemblage entre deux modules de puissance 101 et 102 adjacents selon une coupe transversale A-A de la figure 2. Sur la coupe de la figure 5 qui illustre l'amorce d'un couplage entre des éléments de connexion des modules adjacents 101, 102, on peut observer un élément de connexion inter-modules supérieur 1012 d'un premier module de puissance 101. Ledit élément 1012 va être couplé à un élément de connexion inter-modules inférieurs 1011 d'un deuxième module de puissance 102 adjacent au premier module de puissance 101. On place un élément de connexion inter-modules supérieur 1012 sur l'élément de connexion inter-modules inférieur 1011 pour établir le contact électrique.

Dans un mode de réalisation non limitatif, les éléments de connexion inter- modules 1011 et 1012 ont une forme cintrée comme illustré sur les deux figures. Dans un mode de réalisation non limitatif, un module de puissance comprend deux cavités 1020 apte à recevoir un joint d'étanchéité 200, une cavité (ou gorge) 1020 encadrant un ensemble d'éléments de connexion inter-modules 1011, 1012. Ainsi, comme on peut le voir sur les figures, le premier module 101 comporte une cavité 1020 située de part et d'autre de l'élément de connexion d'inter-modules supérieur 1012 apte à recevoir un joint d'étanchéité 200, et le deuxième module 102 comporte également une cavité 1020 située de part et d'autre de l'élément de connexion inter-modules inférieur 1011 apte à recevoir un joint d'étanchéité 200. Ce joint d'étanchéité est dans un exemple non limitatif siliconé de type adhésif thixotropique pour assurer l'étanchéité de la connexion. Après le couplage des éléments de connexion inter-modules 1011 et 1012, un dispositif de fixation 402, ici une vis insérée dans un orifice du point de fixation 1016, assure la pression nécessaire pour un bon contact comme illustré à la figure 6. Ainsi, la viscoélasticité et la forme cintrée des éléments de connexion inter-modules permet de garantir un bon contact électrique entre deux modules adjacents, quelque soit les écarts de côtes mécaniques entre ces deux modules. On évite ainsi les micro-coupures en présence de vibrations. Par ailleurs, la forme cintré des éléments de connexion permet le rattrapage du jeu de fixation des faces inférieures 112 et donc assure un bon contact entre les faces inférieures 112 (appelées également « back plate » en anglais) des modules et le support 113, qui est dans un exemple non limitatif le palier 40 de la machine électrique ou un dissipateur disposé sur le palier 40. Les figures 7 et 8 illustrent les éléments de connexion 1011 et 1012 situés de chaque côté du module de puissance 101 avec le joint d'étanchéité 200.

Les éléments de connexion inter-modules supérieurs 1012 sont disposés près de la face supérieure 111 du module 101, tandis que les éléments de connexion inter-modules inférieurs 1011 sont disposés près de la face inférieure 112 du module 102. Le joint d'étanchéité 200 est disposé en un seul filet autour des éléments de connexion inter-modules supérieurs (figure 7) et autour des éléments de connexion inter-modules inférieurs (figure 8) dans les fines gorges prévues à cet effet. Comme on peut le voir sur les figures 5 à 8, chaque module de puissance 101 comprend une partie mâle 113 dans laquelle est intégré le premier ensemble d'éléments de connexion inter-modules 1011, et une partie femelle 114 dans laquelle est intégré le deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules 1012. La partie mâle 113 s'encastre ainsi dans la partie femelle 114. La figure 9 est une vue de dessus des modules de puissance 101, 102, 103 de l'ensemble électronique 10 assemblés sur le palier arrière 40 de la machine électrique tournante. Dans l'exemple non limitatif illustré, l'ensemble électronique 10 comporte trois modules de puissance 101, 102, et 103 qui sont assemblés sur le palier 40 au moyen respectivement de deux vis de fixation 401, 401', 402, 402', 403, 403' insérées dans les deux points de fixation 1016 décrits précédemment. Le positionnement des vis de fixation est tel qu'il assure le maintien du module concerné ainsi que du module adjacent grâce au recouvrement des connectiques (éléments de connexion inter-modules).

Par ailleurs, chaque module de puissance 101, 102, 103 est respectivement relié à une phase 41, 42, 43 du stator. L'ensemble d'éléments interconnexion supérieur 1012 du module de puissance 101 est connecté à un module de contrôle (non représenté). L'ensemble d'éléments interconnexion 1011 du module de puissance 103 est connecté au palier 40 audit module de contrôle. On rappellera que de manière connue de l'homme du métier, le module de contrôle permet d'établir une communication vers le contrôle moteur du véhicule automobile et également met en forme les signaux pour commander les interrupteurs électroniques MOSFET.

Ainsi, l'ensemble électronique 10 décrit précédemment permet de faire fonctionner l'alterno-démarreur. Ce dernier comporte : - un rotor ; - un stator couplé audit rotor et comportant une pluralité de phases ; - un ensemble électronique 10 selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, les modules de puissance 101, 102, 103 dudit ensemble électronique 10 étant aptes à être connectés aux phases dudit stator ; - un palier arrière supportant ledit stator ; et - un ventilateur situé à proximité du palier arrière.

Bien entendu la description de l'invention n'est pas limitée à l'application, aux modes de réalisation et aux exemples décrits ci-dessus. Ainsi, la présente invention s'applique à tout type de machines électriques 10 tournantes polyphasées réversibles, tels que des alterno-démarreurs, entraînées par exemple par courroie ou intégrée, et notamment pour des applications hybrides. Ainsi, dans un autre exemple d'application non limitatif, l'alterno-démarreur 15 est « full-hybrid » et permet d'entraîner le véhicule automobile au moyen du moteur électrique seul (en général au démarrage), ou du moteur thermique seul (en général lorsque la vitesse augmente), ou des deux moteurs en même temps (par exemple pour obtenir une plus forte accélération). La batterie qui alimente le moteur électrique récupère de l'énergie par freinage 20 récupératif. Ainsi, l'invention décrite présente notamment les avantages suivants : - Elle permet de désassembler facilement (via les vis) l'ensemble électronique 10 en cas de module défaillant pour garder les modules non 25 défaillants et les réassembler avec un nouveau module. - Elle permet d'effectuer un assemblage rapide des modules de puissance dans l'ensemble électronique grâce à la connectique de signal intégrée. - Il n'y a plus besoin d'utiliser de résine de protection pour les soudures, puisque ces dernières ont été supprimées et remplacées par les 30 éléments de connexion inter-modules. - Elle évite les risques mécaniques (risques de plier une trace externe) puisque la trace externe rapportée a été supprimée et remplacée par les traces internes. - Elle permet d'assurer un bon contact électrique entre les éléments de connexion inter-modules grâce leur forme, au joint d'étanchéité, et à la pression des vis.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Ensemble électronique (10) pour machine électrique tournante pour véhicule automobile selon lequel ledit ensemble électronique (10) comporte : - une pluralité de modules de puissance (101, 102, 103), chaque module de puissance (101, 102, 103) comprenant deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules (1011, 1012) ; - une connectique de signal (1013) intégrée dans ladite pluralité de modules de puissance (101,102, 103), ladite connectique de signal (1013) comprenant une pluralité de traces internes conductrices apte à véhiculer un signal de contrôle à travers chaque module de puissance (101, 102, 103), lesdites traces internes conductrices (1013) étant reliées auxdits éléments de connexion inter-modules (1011, 1012).
2. 2. Ensemble électronique (10) selon la revendication 1, selon lequel les deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules sont : - un premier ensemble d'éléments de connexion inter-modules inférieurs (1011) situé dans le module de puissance (101, 102,103) à une position inférieure par rapport à un deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs (1012), ledit premier ensemble (1011) étant apte à être couplé avec un deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs (1012) d'un module de puissance (101, 102, 103) adjacent ; - ledit deuxième ensemble d'éléments de connexion inter-modules supérieurs (1012) apte à être couplé avec un premier ensembled'éléments de connexion inter-modules inférieurs (1011) d'un module de puissance (101, 102, 103) adjacent.
3. 3. Ensemble électronique (10) selon la revendication 1 ou selon la revendication 2, selon lequel les éléments de connexion inter-modules (1011, 1012) ont une forme cintrée.
4. 4. Ensemble électronique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 3, selon lequel un module de puissance (101, 102, 103) comporte une céramique conductrice (1017) à laquelle sont reliées les traces internes conductrices (1013).
5. 5. Ensemble électronique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, selon lequel un module de puissance comprend deux cavités (1020) aptes à recevoir un joint d'étanchéité (200), une cavité (1020) encadrant un ensemble d'éléments de connexion inter-modules (1011, 1012).
6. 6. Ensemble électronique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 5, selon lequel un module de puissance (101, 102, 103) comporte deux points de fixation (1016) sur un palier arrière (40) de la machine électrique tournante.
7. 7. Module de puissance (101, 102, 103) apte à être intégré dans un ensemble électronique (10) pour machine électrique tournante pour véhicule automobile, selon lequel ledit module de puissance (101, 102, 103) comporte : - deux ensembles d'éléments de connexion inter-modules (1011, 1012) ; - une connectique de signal (1013) comprenant une pluralité de traces internes conductrices apte à véhiculer un signal de contrôle à travers ledit module de puissance (101, 102, 103), lesditestraces internes conductrices (1013) étant reliées auxdits éléments de connexion inter-modules (1011, 1012).5