FR3084794A1 - Electronique de porte-balais de machine electrique tournante et procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
Electronique pour porte-balai de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant un dissipateur thermique pour la dissipation thermique d'une puce électronique de régulation, s'étendant selon un plan d'extension, une pluralité de traces d'alimentation électrique pour la puce, électriquement déconnectées du dissipateur, et une trace de masse reliée au dissipateur par une première liaison, dans laquelle le dissipateur est venu de matière avec la première liaison et la trace de masse.
Description
ELECTRONIQUE DE PORTE-BALAIS DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE ET PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention porte sur une électronique de porte-balais de machine électrique tournante et sur le procédé de fabrication d'une telle électronique et d’un porte-balais correspondant. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs pour véhicules automobiles aptes à transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et pouvant être réversibles.
Les alternateurs modernes pour véhicules automobiles sont des équipements compacts dans lesquels sont intégrés les dispositifs de commande et de régulation.
Le porte-balais supporte généralement le dispositif de régulation de la tension du courant produit par l’alternateur, constituant un ensemble régulateur porte-balais relié au faisceau de câblage électrique du véhicule au moyen de bornes ou de connecteurs.
Un régulateur porte-balais de ce type est par exemple décrit dans le document FR2969411. Ce régulateur porte-balais comporte des bornes de connexion axiales et un connecteur destiné à être relié à une unité électronique de contrôle du moteur thermique. Les bornes de connexion et le connecteur sont reliés par des circuits électriques à une puce électronique du régulateur et à des tresses électriques de balais. La puce électronique est refroidie au moyen d'un dissipateur thermique.
Il est notamment nécessaire dans ce type de régulateur porte-balais de raccorder la puce à la masse pour palier aux problèmes de compatibilité électromagnétique.
La mise à la masse de la puce montée sur le dissipateur peut se faire par connexion via un fil d’aluminium entre une trace de masse du porte balais et le dissipateur se trouvant sous la puce. En variante pour les portebalais de type puce encapsulée décrits dans le document FR1460280, la mise à la masse se fait par le biais de la vis auto-formeuse montée entre la trace de masse pliée du porte-balais et le dissipateur se trouvant en dessous de la puce.
Des étapes et des éléments additionnels sont donc nécessaires pour une mise à la masse par de telles méthodes.
L’invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une électronique pour porte-balai de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant un dissipateur thermique pour la dissipation thermique d’une puce électronique de régulation, s’étendant selon un plan d’extension, une pluralité de traces d’alimentation électrique pour la puce, électriquement déconnectées du dissipateur, et une trace de masse reliée au dissipateur par une première liaison, dans laquelle le dissipateur est venu de matière avec la première liaison et la trace de masse.
L'invention permet ainsi de supprimer les éléments supplémentaires tels que le fil d’aluminium ou la vis auto-formeuse nécessaires pour reconnecter le dissipateur à la masse. De plus l’invention permet d’utiliser le prolongement du circuit de masse du porte-balais comme dissipateur thermique et comme portion de liaison pour tous les autres circuits électriques. Une telle électronique sera plus robuste que les solutions existantes, plus simple à mettre en oeuvre en minimisant le nombre d’étapes, et avec un gain économique notamment lié aux économies de matière.
En variante, le dissipateur est décalé de la trace de masse selon une direction transverse au plan d’extension du dissipateur, la première liaison ayant une forme coudée ;
Un tel décalage permet une standardisation de l’architecture de cette électronique par rapport à l’existant;
En variante les traces d’alimentation électrique et le dissipateur s’étendent dans deux plans sensiblement parallèles ;
En variante les traces d’alimentation électrique et la trace de masse s’étendent dans un même plan ;
Selon un autre aspect l’invention a pour objet un porte-balais de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile comportant un boîtier réalisé dans un matériau plastique, une puce électronique de régulation, et une électronique.
Selon un autre aspect l’invention a pour objet un procédé de fabrication d'une électronique pour porte-balais, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation, à partir d'une bande métallique s’étendant selon un plan, de plusieurs traces électriques d’alimentation, d’un dissipateur et d’une trace de masse, d’une première liaison et d’une pluralité de deuxièmes liaisons, la trace de masse étant reliée au dissipateur par la première liaison, les traces d’alimentation électrique étant reliées au dissipateur par la pluralité de deuxièmes liaisons, et une étape de coupure des deuxièmes liaisons sans couper la première liaison, séparant les traces électriques d’alimentation du dissipateur thermique, tout en conservant la liaison électrique entre le dissipateur et la trace de masse.
Un tel procédé permet de limiter le nombre d’étapes en ayant pas à recréer de connexions entre composants ou à rapporter des composants additionnels.
En variante le procédé comprend une étape de pliage de manière à ce que le dissipateur et la trace de masse s’étendent dans deux plans différents.
En variante les étapes de réalisation et de coupure sont simultanées ou concomitantes.
Ceci permet de minimiser le nombre d’étapes.
En variante le procédé comprend une étape supplémentaire de moulage d'un boîtier en plastique sur les traces d’alimentation électrique, le dissipateur et la trace de masse.
Ceci permet de ne pas avoir à reconnecter par une étape ultérieure le dissipateur à la masse.
En variante dans le procédé lors de l’étape d, les traces d’alimentation électrique, le dissipateur et la trace de masse sont maintenus en position par un jeu de broches rétractables s’étendant selon une direction transverse au plan d’extension du dissipateur.
Ceci permet d’assurer un bon maintien sans compromettre la bonne étanchéité du boîtier fini en regard des connexions entre autre.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
Les figures 1a et 1b sont des vues illustrant la piste comprenant la trace de masse, le dissipateur et les traces d’alimentation électrique découpés dans une bande métallique,
Les figures 2a, 2b, 2c, 2d illustrent les étapes permettant de séparer les traces électriques d’alimentation du dissipateur thermique,
Les figures 3a, 3b, 3c sont des vues respectivement de dessus, en perspective et en coupe de l’électronique à l’issue du pliage de la liaison entre le dissipateur et la trace de masse,
Les figures 4a, 4b, 4c illustrent respectivement le dispositif de poinçonnage utilisant un jeu de broches et le positionnement des broches en dessous et au dessus de la piste,
Les figures 5a, 5b sont des vues respectivement en perspective et de dessus du moulage du boîtier autour de l’électronique,
Les figures 6a et 6b sont des vues respectivement en perspective et de dessus du porte balai avec la puce électronique.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
Il est maintenant décrit un mode de réalisation particulier d’une électronique de porte-balais régulateur correspondant à une application particulière de l’invention.
Dans une première étape illustrée à la figure 1a, il est formé, par découpe, estampage ou matriçage d'une bande métallique, une trace 10 comportant une portion destinée à former un dissipateur thermique 12, une trace de masse 16 reliée audit dissipateur par une première liaison 11, et plusieurs traces d’alimentation électrique 14 pour la puce reliées audit dissipateur par une pluralité de deuxièmes liaisons 13.
Les traces d’alimentation électrique 14 sont destinées à assurer des liaisons électriques avec notamment des tresses de balais, des polarités positive B+ et négative B- d’une batterie du véhicule et des phases de l’alternateur.
La trace 10 comporte également un cadre 18 autour des éléments précédents. La trace 10 s'étend globalement dans un plan P1.
A l’issue de cette première étape, les traces d’alimentation électrique 14 sont donc reliées mécaniquement entre elles par le dissipateur 12, luimême relié mécaniquement à la trace de masse 16, le tout étant relié mécaniquement au cadre 18. Les premières et deuxième liaisons 11, 13 assurent en effet une rigidité mécanique des traces d’alimentation électrique 14 avec le dissipateur 12 et avec la trace de masse 16, le tout se présentant ainsi sous la forme d’une seule pièce 10.
Comme cela est illustré à la figure 1b, on réalise ensuite une découpe séparant le cadre 18 de la trace 10.
La figure 2 illustre ensuite une étape de découpe des deuxièmes liaisons 13 séparant ainsi les traces électriques d’alimentation 14 du dissipateur thermique 12. Une telle étape permet de séparer les traces électriques les unes des autres, en vue de leurs différentes connexions à la puce.
Cette étape pourra être réalisée par poinçonnage au moyen d'un outil.
La trace 10 est ainsi placée dans un dispositif d’emboutissage 20 (figure 2a). Le dispositif d’emboutissage comprend par exemple un outil d’emboutissage
23. L’outil d’emboutissage se présente par exemple sous la forme d’un embout actionnable 23 venant en appui sur la piste 10 selon une direction sensiblement transverse au plan P1 de la piste. Le dispositif d’emboutissage 20 comprend également par exemple une partie supérieur 21 et une partie inférieure 22, la trace 10 étant logée dans la partie inférieure 22 et l’outil d’emboutissage 23 étant guidé par la partie supérieure 21 pour venir en appui sur la piste, lorsque les parties supérieure 21 et inférieure 22 sont rapprochées, comme illustré aux figures 2b et 2c. Après rétractation de l’embout 23, on obtient une électronique 30 dans laquelle les traces d’alimentation électrique 14 sont séparées du dissipateur 12.
En variante la découpe des deuxièmes liaisons 13 pourra être réalisée par laser.
Une étape concomitante ou additionnelle permet de plier la première liaison 11 entre le dissipateur 12 et la trace de masse 16. Le dissipateur 12 est donc à l’issue de cette étape avantageusement venu de matière avec la première liaison 11 et la trace de masse 16, comme illustré à la figure 3a. A l’issue de cette étape le dissipateur 12 est décalé de la trace de masse 16 selon une direction transverse au plan d’extension P1, la première liaison 11 ayant une forme coudée, comme illustré à la figure 3c.
Une telle étape est réalisée avec le même outil que l’étape de découpe précédente ou avec un outil différent. Un même outil pourra par exemple avoir une portion tranchante venant au contact des deuxièmes liaisons 13 pour effectuer la découpe et une portion non tranchante venant au contact des premières liaisons 11 pour effectuer le pliage.
Dans l’électronique 30 ainsi formée à l’issue des étapes de découpe et pliage, le dissipateur 12 et la trace de masse 16 s’étendent dans deux plans différents ΡΊ et P’2 respectivement, avantageusement sensiblement parallèles, comme illustré à la figure 3b. Ces plans seront typiquement séparés d’une distance de l’ordre de 2mm.
Les traces d’alimentation électrique 14 et le dissipateur 12 s’étendent alors également dans deux plans avantageusement sensiblement parallèles. Les traces d’alimentation électrique 14 et la trace de masse 16 s’étendent par exemple à ce stade dans le même plan ΡΊ, et le dissipateur 12 s’étend dans le plan P’2, comme illustré à la figure 3b.
La partie référencée 17 s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan P1 correspond à des oeillets pour la connexion des tresses de balais.
On appellera dans la suite étapes d’emboutissage les étapes de découpage et pliage.
Ces étapes d’emboutissage seront avantageusement réalisées en maintenant la trace 10 avant emboutissage puis l’électronique 30 après emboutissage à l’aide d’un système de broches rétractables 24, comme illustré à la figure 4.
Les broches s’étendent par exemple depuis les parties supérieure et inférieure 21,22 comme illustré à la figure 4a.
Les broches 24 ont une longueur ajustable de sorte que, lors de l’étape d’emboutissage, le changement de plan des traces d’alimentation électrique 14, par rapport à la trace de masse 16 et au dissipateur 12 soit possible tout en maintenant les éléments de l’électronique 30 les uns par rapport aux autres.
Ainsi la trace 10, logée dans la partie inférieure 22 est maintenue par les broches avant toute étape, à faible distance du fond de la partie inférieure 22, puis l’outil d’emboutissage coulisse entre les broches et embouti la trace
10. Les broches sont alors partiellement rétractées pour compenser le changement de plan des différents éléments de l’électronique 30. A l’issue de l’étape d’emboutissage les différents éléments de l’électronique 30 restent donc maintenus en position les uns par rapport aux autres par les broches. Les éléments seront par exemple maintenus sur différents niveaux de plans ΡΊ et P’2 par le jeu de broches. Les différents éléments de l’électronique 30 sont également maintenus à proximité mais pas en contact du fond de la partie inférieure 22 pour pouvoir être enrobés de plastique lors du moulage qui sera décrit ultérieurement.
Par le jeu de broches mobiles avantageusement positionnées dans le moule, le positionnement inter trace et le positionnement axial de l’électronique 30 sont assurés pendant le moulage.
Par exemple comme illustré aux figures 4, le jeu de broches rétractables comprend des broches pour le maintien inter-traces 241 dans le plan d’extension P1 et des broches de maintien axial 242 pour le maintien des éléments de l’électronique 30 selon la direction transverse au plan P1.
Les broches pour le maintien inter-traces illustrées aux figures 4a et 4c s’étendent selon une direction transverse au plan d’extension P1, d’un seul côté de la trace 10. Ces broches sont disposées entre les éléments de l’électronique. De telles broches permettent d’éviter le déplacement dans le plan des éléments de l’électronique 30 qui risqueraient de se rapprocher pendant le moulage, comme ce sera décrit par la suite.
Les broches pour le maintien axial, illustrées aux figures 4a, 4b et 4c s’étendent également selon une direction transverse au plan P1 mais de part et d’autre de la trace, de manière à maintenir axialement les traces.
Comme illustré à la figure 5a, l’électronique 30 est ensuite surmoulée d'un boîtier en plastique. Les circuits électriques 14, 16 et le dissipateur thermique 12 sont ainsi surmoulés dans ce boîtier.
L’électronique 30 est pour cela positionné dans un moule 50.
On utilisera avantageusement comme moule 50 le dispositif d’emboutissage précédent 20 après retrait de l’embout d’emboutissage.
Ainsi l’électronique 30 est maintenu en position par le système de broches rétractables 24, à proximité du fond de la partie inférieure 22. Le moule est ensuite fermé en approchant les deux parties 21,22, et la matière est injectée dans l’enceinte du moule, ainsi fermé, autour de l’électronique 30 pour former le porte balai qui sera ensuite démoulé.
Les broches sont par exemple rétractées par action des vérins pendant l’injection de la matière dans le moule, la matière se répartissant ainsi tout autour des traces d’alimentation électrique notamment. En variante elles sont rétractées par d’autres moyens mécanique ou hydraulique. La rétractation des broches simultanément à l’injection permet d’éviter que des zones restent ouvertes autour des traces d’alimentation électrique, pour éviter notamment les infiltrations d’eau.
La matière sera avantageusement du plastique.
Après moulage les broches 24 sont donc complètement rétractées et ne laissent que de petites marques sur la pièce finale.
Ainsi comme on peut le voir sur la figure 5b, le moulage du boîtier réserve d'un de ses côtés une première fenêtre 41 en regard du dissipateur 12 et en regard des extrémités des traces de connexion électriques 14 situées à proximité du dissipateur. Le boîtier 40 découvre également l’extrémité de la trace de masse 16 opposée au dissipateur 12.
La fenêtre 41 définit un logement pour une puce électronique destiné à venir en contact thermique avec le dissipateur 12. Du côté opposé, le boîtier 40 comporte une deuxième fenêtre 42 ayant une dimension plus grande que la première fenêtre 41 pour permettre la mise en contact de l'air avec le dissipateur thermique 12 (non illustré).
Comme cela est illustré par la figure 5, le porte-balais 70 obtenu comprend, outre les traces d’alimentation électrique 14, la trace de masse 16 et le dissipateur 12 surmoulés par le matériau plastique:
- une plaque-support pour un montage du porte-balais sur un palier arrière de l'alternateur;
- un logement pour une puce électronique de régulation;
- un logement pour les balais; et
- des oreilles de fixation à un palier arrière de l’alternateur et à des bornes de connexion électriques.
La puce électronique 60 visible aux figures 6a et 6b est ensuite placée dans son logement situé au dessus du dissipateur 12 et reliée électriquement aux traces électriques d’alimentation 14 (non illustré).
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Electronique (30) pour porte-balai de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant :- un dissipateur thermique (12) pour la dissipation thermique d’une puce électronique de régulation, s’étendant selon un plan d’extension (P’2),- une pluralité de traces d’alimentation électrique (14) pour la puce, électriquement déconnectées du dissipateur (12), et- une trace de masse (16) reliée au dissipateur (12) par une première liaison (11).dans laquelle le dissipateur (12) est venu de matière avec la première liaison (11) et la trace de masse (12).
- 2. Electronique (30) selon la revendication précédente dans laquelle le dissipateur (12) est décalé de la trace de masse (16) selon une direction transverse au plan d’extension (P’2) du dissipateur, la première liaison (11) ayant une forme coudée.
- 3. Electronique (30) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle les traces d’alimentation électrique (14) et le dissipateur (12) s’étendent dans deux plans sensiblement parallèles (ΡΊ, P’2).
- 4. Electronique (30) selon l’une des revendications précédentes dans laquelle les traces d’alimentation électrique (14) et la trace de masse (16) s’étendent dans un même plan (ΡΊ).
- 5. Porte-balais (70) de machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile comportant :- un boîtier (40) réalisé dans un matériau plastique,- une puce électronique de régulation (60),- une électronique (30) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.
- 6. Procédé de fabrication d’une électronique pour porte-balais, caractérisé en ce qu'il comporte:a- une étape de réalisation, à partir d'une bande métallique s’étendant selon un plan (P1 ), de plusieurs traces électriques d’alimentation (14), d’un dissipateur (12) et d’une trace de masse (16), d’une première liaison (11) et d’une pluralité de deuxièmes liaisons (13), la trace de masse (16) étant reliée au dissipateur (12) par la première liaison (11), les traces d’alimentation électrique (14) étant reliées au dissipateur (12) par la pluralité de deuxièmes liaisons (13), b- une étape de coupure des deuxièmes liaisons (13) sans couper la première liaison (11), séparant les traces électriques d’alimentation (14) du dissipateur thermique (12), tout en conservant la liaison électrique entre le dissipateur (12) et la trace de masse (16).
- 7. Procédé de fabrication d'une électronique pour porte-balais selon la revendication 6 comprenant :c- une étape de pliage de manière à ce que le dissipateur (12) et la trace de masse (16) s’étendent dans deux plans différents (ΡΊ, P’2).
- 8. Procédé de fabrication d'une électronique pour porte-balais selon les revendications 6 et 7 dans lequel les étapes b et c sont simultanées ou concomitantes.
- 9. Procédé de fabrication d’un porte-balais comprenant les étapes de fabrication d’une électronique pour porte-balais selon l’une quelconque des revendications 6 à 8 et comprenant:d- une étape de moulage d'un boîtier en plastique sur les traces d’alimentation électrique (14), te dissipateur (12) et la trace de masse (16).
- 10. Procédé de fabrication d’un porte-balais selon la revendication 9 dans lequel, lors de l’étape d, tes traces d’alimentation électrique (14), le dissipateur (12) et la trace de masse (16) sont maintenus en position par un jeu de broches rétractables (24) s’étendant selon une direction transverse au plan d’extension (P’2) du dissipateur (12).
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