FR3099316A1 - Machine électrique munie d’une sonde de température - Google Patents

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Abstract

Machine électrique munie d’une sonde de température Machine électrique tournante (1) comportant : Un carter comportant un corps et au moins un flasque de fermeture (5) fixé sur le corps, le flasque de fermeture présentant une ouverture d’accès (6) et une trappe amovible de fermeture de cette ouverture, une sonde de température (40), un stator fixé dans le corps du carter, comportant un connecteur de phases (12) comportant des éléments métalliques connectés à des conducteurs des bobinages du stator, ces éléments métalliques étant maintenus par un support isolant, le connecteur de phases présentant des pattes (17) de connexion à un bus d’alimentation, le connecteur (12) étant réalisé avec une zone de réception de la sonde de température, disposée relativement à l’ouverture d’accès (6) de telle sorte que le montage de la sonde de température (40) sur cette zone de réception puisse s’effectuer par l’ouverture (6) d’accès du flasque de fermeture (5). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Machine électrique munie d’une sonde de température
La présente invention concerne les machines électriques tournantes.
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle–Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.
Il est connu de munir les machines tournantes électriques d’une sonde de température afin de détecter une éventuelle température excessive au cours du fonctionnement de la machine.
Plusieurs techniques ont été proposées pour le montage de cette sonde par le passé.
Une solution largement répandue repose sur le collage de la sonde sur le chignon d’une bobine du stator, cette sonde étant solidaire d’un câble libre qui est ensuite raccordé électriquement à un circuit électronique de contrôle.
Cette solution présente l’inconvénient de rendre difficile le remplacement de la sonde en cas de défaillance, rendant ainsi le plus souvent la machine irréparable, ce qui est très pénalisant pour une machine performante de coût élevé.
De plus, la présence d’un câble libre attaché à la sonde lors des différentes étapes de finition du stator et de montage de ce dernier exige de prendre des précautions particulières pour ne pas l’endommager, et pose un problème pour l’automatisation poussée du processus de fabrication de la machine.
D’autres solutions ont été proposées, comme un encliquetage de la sonde sur un conducteur en cuivre du bobinage ou le montage de la sonde en appui contre le chignon, à partir d’un support fixé sur le carter de la machine.
Par ailleurs, le stator de certaines machines comporte un connecteur de phases qui est formé d’éléments métalliques, encore appelés « traces », maintenus par un support isolant, les conducteurs des bobinages se raccordant à ces éléments métalliques.
En présence d’un tel connecteur, il a été proposé de coller la sonde de température directement sur l’un de ces éléments métalliques.
La demande FR 3 046 505 divulgue une machine dans laquelle la sonde de température est maintenue plaquée contre un élément métallique du connecteur de phases par un couvercle rabattu contre ce dernier. Le couvercle peut être formé d’une seule pièce avec le corps du connecteur et être relié par une charnière à ce dernier. Une telle solution complexifie la réalisation du connecteur de phases, et nécessite en outre de disposer pour la mise en place de la sonde d’un espace libre suffisant autour du connecteur de phases, ce qui peut rendre difficile la réalisation d’une machine compacte. Or, il est souhaitable que la machine soit la plus compacte possible.
De plus, si la sonde est posée sur le stator avant montage de ce dernier dans le carter de la machine, la présence du câble libre relié à la sonde pose les problèmes de risque d’endommagement et de difficulté d’automatisation mentionnés plus haut.
La demande FR 3 037 738 décrit une autre solution où la sonde de température est portée par le connecteur de phases. Dans cette demande, la sonde de température comporte un boîtier portant l’élément sensible, lequel est maintenu plaqué contre un chignon du bobinage par une pince élastique reliant le boîtier au connecteur de phases. Le boîtier de la sonde est reçu dans une cavité spécifique prévue à cet effet sur le stator, ce qui complexifie la réalisation du stator.
La demande FR 2 995 739 divulgue une solution où la sonde de température n’est pas montée sur le connecteur de phases mais sur un isolant de bobine.
Il existe par conséquent un besoin pour bénéficier d’une solution de montage de la sonde de température qui soit compatible avec une automatisation poussée de la fabrication de la machine et qui permette un remplacement aisé de la sonde en cas de défaillance de cette dernière.
L’invention vise à répondre à ce besoin et a pour objet, selon un premier de ses aspects, une machine électrique tournante comportant :
  • Un carter comportant un corps et au moins un flasque de fermeture fixé sur le corps, le flasque de fermeture présentant une ouverture d’accès et une trappe amovible de fermeture de cette ouverture,
  • une sonde de température,
  • un stator fixé dans le corps du carter, comportant un connecteur de phases comportant des éléments métalliques connectés à des conducteurs des bobinages du stator, ces éléments métalliques étant maintenus par un support isolant, le connecteur de phases présentant des pattes de connexion à un bus d’alimentation, le connecteur étant réalisé avec une zone de réception de la sonde de température, disposée relativement à l’ouverture d’accès de telle sorte que le montage de la sonde de température sur cette zone de réception puisse s’effectuer par l’ouverture d’accès du flasque de fermeture.
L’invention permet un montage de la sonde de température alors que le stator est déjà en place dans le carter de la machine. Ainsi, la fabrication du stator peut s’effectuer sans la présence de la sonde de température, ce qui évite tout risque d’endommagement de celle-ci et ne constitue aucune gêne vis-à-vis de l’automatisation de la fabrication du stator.
De plus, l’invention permet, si on le souhaite, de rendre la sonde de température aisément démontable, en la rendant facilement accessible. En particulier, le remplacement de la sonde peut s’effectuer sans qu’il soit nécessaire de retirer le stator du carter de la machine.
L’invention permet en outre une construction compacte de la machine et en particulier du stator, sans la nécessité de prévoir au sein du stator un emplacement spécifique de réception de la sonde. L’invention permet de profiter de la présence de l’espace libre en avant du support isolant du connecteur de phases, rendu nécessaire par les pattes de connexion au bus d’alimentation, pour loger tout ou partie de la sonde, et notamment le boîtier de raccordement à un câble délivrant l’information générée par la sonde.
Dans la suite, le flasque de fermeture du corps du carter est qualifié de « flasque avant », par opposition à l’arrière de la machine qui est considéré comme étant le côté du stator opposé au connecteur de phases. Au sein du véhicule, le flasque avant peut toutefois avoir toute orientation, relativement au sens de marche avant du véhicule.
De préférence, l’un des éléments métalliques du connecteur de phases est réalisé avec une patte de montage de la sonde de température, de préférence en cuivre, comme tous les autres éléments. On profite de cette manière de l’échauffement de ce conducteur sous l’effet de la chaleur dégagée par le fonctionnement de la machine et du passage de courant dans celui-ci, qui est représentatif de la puissance électrique. De plus, comme ce conducteur est relié à l’une des pattes de connexion à une phase du bus d’alimentation, il est aisé de prévoir la patte de montage à proximité de la patte de connexion, si cela est recherché.
De préférence, la sonde de température comporte un élément sensible s’appliquant contre la patte de montage. La sonde de température peut comporter un corps en matière plastique isolante et une pince métallique, enserrant la patte de montage et pressant l’élément sensible contre une face de la patte de montage. On peut de cette manière obtenir un bon contact thermique entre l’élément sensible à la température, par exemple une thermistance CTN ou CTP, ou un thermocouple, et la patte de montage.
La patte de montage peut comporter une ouverture, et la sonde de température peut comporter un relief d’accrochage configuré pour s’engager dans cette ouverture lors du montage de la sonde sur la patte de montage. Le relief d’accrochage est par exemple formé avec la patte élastique. On peut de cette manière réaliser une fixation par encliquetage de la sonde sur la patte de montage, à la fois solide et démontable. Ainsi, de préférence, la sonde de température est montée de façon amovible sur ladite zone de réception du connecteur de phases.
De préférence, la patte de montage est orientée sensiblement parallèlement à l’axe de rotation du moteur. Cela permet de déporter vers l’avant le montage du boîtier de la sonde, et donc de faciliter l’accès à cette dernière en cas de remplacement.
La zone de réception de la sonde de température peut être déportée axialement, selon l’axe de rotation du moteur, de telle sorte qu’elle se situe au moins partiellement en avant des pattes de connexion au bus d’alimentation. La patte de montage peut avoir une extrémité libre définissant le point le plus en avant du connecteur de phases.
L’élément métallique précité, encore appelé « trace », comportant la patte de montage, comporte également l’une des pattes de connexion au bus d’alimentation. Ainsi, la réalisation de la patte de montage est facilitée, puisqu’elle peut avoir lieu pendant la fabrication du reste de l’élément, et le caractère monolithique de la liaison entre la patte de montage et le reste de l’élément permet une bonne transmission de la chaleur liée au passage du courant électrique dans l’élément.
De préférence, le flasque de fermeture porte un boîtier électronique, lequel loge un circuit électronique, relié par exemple à un capteur de position du rotor.
La sonde de température peut être connectée électriquement à ce circuit électronique. La présence de ce dernier à proximité de la sonde permet de limiter la longueur du câble reliant la sonde au circuit électronique.
De préférence, le boîtier électronique comporte un connecteur pour le raccordement d’une fiche électrique présente à l’extrémité d’un câble de la sonde de température. Cela peut permettre le remplacement de la sonde sans ouverture ni démontage du boîtier électronique.
L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication de la machine selon l’invention telle que définie plus haut, dans lequel la sonde de température est montée sur le connecteur de phases alors que le stator est déjà en place dans le carter muni de son flasque de fermeture.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
La figure 1 représente de façon partielle et schématique un exemple de machine électrique selon l’invention,
la figure 2 représente la machine de la figure 1 après enlèvement de la trappe de fermeture,
la figure 3 représente de façon partielle et schématique le connecteur de phases et le boîtier électronique,
la figure 4 représente isolément un élément métallique du connecteur de phases pourvu d’une patte de montage de la sonde de température,
la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, après montage de la sonde de température, et
la figure 6 illustre le connecteur de phases en attente du montage de la sonde de température, lors de la fabrication de la machine.
Description détaillée
On a représenté sur la figure 1 une machine électrique 1 selon l’invention, destinée à être montée sur un véhicule automobile par exemple, pour servir de moteur de traction ou de propulsion, et le cas échéant de générateur pendant les phases de freinage du véhicule.
La machine 1 comporte un carter 2 qui comporte un corps fermé à l’avant par un flasque avant 5 pourvu d’une ouverture d’accès 6, visible sur la figure 2.
Cette ouverture 6 est normalement fermée par une trappe amovible 7, représentée à la figure 1.
Le carter 2 loge un stator 10, lequel comporte un paquet de tôles magnétiques et des bobinages de phases.
Les conducteurs des bobinages sont connectés électriquement à un connecteur de phases 12, visible plus particulièrement sur la figure 3.
Ce connecteur 12 comporte des éléments métalliques 16 sur lesquels sont soudés des conducteurs des bobinages (non représentés), ainsi qu’un support isolant 14 qui assure le maintien de ces éléments métalliques. Ces derniers peuvent comporter comme illustré des pattes 15 permettant de souder les conducteurs. Ces pattes 15 présentent une portion coudée définissant un montant 15a orienté parallèlement à l’axe de rotation de la machine, sur le dos duquel un ou plusieurs conducteurs des bobinages peuvent être soudés.
Le connecteur 12 comporte également des pattes 17 de connexion à un bus d’alimentation, non représenté.
On a représenté sur la figure 4 l’un des éléments métalliques 16, muni de l’une des pattes 17 de connexion aux phases du bus d’alimentation.
Dans l’exemple considéré, cet élément 16 est réalisé avec une patte de montage 18, dirigée vers l’avant parallèlement à l’axe de rotation.
Cette patte de montage 18 est de préférence réalisée d’une seule pièce avec la patte de connexion 17, par découpe d’un feuillard de cuivre, suivie d’un pliage et/ou cintrage.
On voit sur la figure 4 qu’un écrou 20 peut être soudé sur la face arrière de la patte de connexion 17, pour recevoir une vis de serrage d’une cosse (non représentée) reliée à un câble d’alimentation (non représenté).
La patte de montage 18 s’étend perpendiculairement à une portion 22, en forme d’arc de cercle, de l’élément 16, qui est centrée sur l’axe de rotation.
La patte de montage 18 se raccorde dans l’exemple illustré au bord radialement intérieur 22a de cette portion 22, en définissant un coude à angle droit au niveau de la jonction avec celle-ci.
Le support isolant 14 est par exemple surmoulé sur les différents éléments métalliques 16 du connecteur 12, mais en variante le support isolant est formé d’une ou plusieurs pièces sur laquelle ou lesquelles les éléments 16 sont fixés autrement, par exemple à l’aide de vis.
La patte de montage 18 comporte, à proximité de son extrémité libre, une ouverture 30, de forme rectangulaire dans l’exemple considéré, de grand côté allongé selon l’axe longitudinal de la patte 18. L’extrémité libre 18a de la patte de montage 18 peut constituer le point situé le plus en avant du connecteur de phases.
Une sonde de température 40 est montée sur la patte 18, comme illustré à la figure 5.
Cette sonde 40 peut comporter un boîtier 41 en matière plastique, et une pince métallique 42 fixée sur le boîtier 41.
La sonde 40 comporte un relief 44 agencé pour s’encliqueter dans l’ouverture 30, ce qui assure son maintien sur la patte 18.
La sonde 40 comporte un élément sensible disposé de manière à être plaqué par la pince 42 contre la patte 18.
La sonde 40 comporte un câble 46 sortant du boîtier 41, visible sur la figure 5, et relié à une fiche électrique 47.
La machine 1 est reliée à un onduleur (non représenté), connecté électriquement aux pattes de connexion 17 du connecteur 12.
La machine 1 comporte un boîtier électronique 60, fixé sur le flasque avant 5, comme illustré sur la figure 2. Ce boîtier 60 loge un circuit électronique qui peut servir au dialogue de la machine avec l’onduleur, et qui est relié dans l’exemple considéré à un capteur de position du rotor ainsi qu’à l’onduleur.
Le boîtier 60 est pourvu d’un connecteur 62 servant au raccordement de la fiche 47 reliée au câble 46 de la sonde de température 40. Ainsi, le circuit électronique présent dans le boîtier 60 peut transmettre à l’onduleur une information concernant la position du rotor ainsi qu’une information concernant la température de la machine.
Comme on peut le voir sur la figure 2, les pattes de connexion 17 et la patte de montage 18 sont accessibles par l’ouverture 6 du flasque avant 5 du carter, en l’absence de la trappe 7. Cela permet un remplacement aisé de la sonde 40 si nécessaire.
Lors de la fabrication de la machine 1, le stator peut être fabriqué sans la sonde de température 40, avec la patte de montage 18 en attente, ce qui réduit le risque d’endommagement de la sonde 40 et évite la présence du câble 46 correspondant.
Le stator peut être fretté dans le corps du carter.
Une fois le flasque avant 5 du carter mis en place, avec le boîtier électronique 60, la patte de montage 18 reste accessible à travers l’ouverture 6, comme illustré à la figure 6, de même que les pattes 17. L’opérateur peut ensuite procéder au montage de la sonde de température 40 sur la patte 18, par simple encliquetage du boîtier 41 avec la pince 42 sur la patte 18, et raccorder électriquement la fiche 47 de la sonde 40 sur le connecteur correspondant 62 du boîtier 60.
Une fois les raccordements électriques effectués, la trappe de fermeture 7 peut être fixée sur le flasque avant 5, pour aboutir à la configuration illustrée à la figure 1.
Durant le fonctionnement de la machine 1, le courant qui parcourt l’élément 16 provoque un échauffement par effet Joule, de même que dans les bobinages du stator.
La patte 18 est ainsi portée à une température représentative de celle des points chauds de la machine 1, ce qui permet par exemple de limiter la puissance en cas de détection d’un risque de dépassement de la température maximale admissible.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit, et l’on peut par exemple monter différemment la sonde de température 40 sur le stator, par exemple en réalisant le support isolant 14 du connecteur de phases 12 avec une forme permettant la fixation directement dessus de la sonde de température.

Claims (15)

  1. Machine électrique tournante (1) comportant :
    • Un carter comportant un corps et au moins un flasque de fermeture (5) fixé sur le corps, le flasque de fermeture présentant une ouverture d’accès (6) et une trappe amovible (7) de fermeture de cette ouverture,
    • une sonde de température (40),
    • un stator fixé dans le corps du carter, comportant un connecteur de phases (12) comportant des éléments métalliques (16) connectés à des conducteurs des bobinages du stator, ces éléments métalliques étant maintenus par un support isolant (14), le connecteur de phases présentant des pattes (17) de connexion à un bus d’alimentation, le connecteur (12) étant réalisé avec une zone de réception (18) de la sonde de température, disposée relativement à l’ouverture d’accès (6) de telle sorte que le montage de la sonde de température (40) sur cette zone de réception puisse s’effectuer par l’ouverture (6) d’accès du flasque de fermeture (5).
  2. Machine selon la revendication 1, l’un des éléments métalliques (16) du connecteur de phases étant réalisé avec une patte de montage (18) de la sonde de température.
  3. Machine selon la revendication 2, la sonde de température (40) comportant un élément sensible s’appliquant contre la patte de montage (18).
  4. Machine selon la revendication 3, la sonde de température (40) comportant un corps (41) en matière plastique isolante et une pince métallique (42) enserrant la patte de montage (18) et pressant l’élément sensible contre une face de la patte de montage.
  5. Machine selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, la patte de montage (18) comportant une ouverture (30) et la sonde de température comportant un relief d’accrochage (44) configuré pour s’engager dans cette ouverture lors du montage de la sonde sur la patte de montage.
  6. Machine selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, la patte de montage (18) étant orientée sensiblement parallèlement à l’axe de rotation de la machine.
  7. Machine selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, l’élément métallique (16) comportant la patte de montage (18) comportant également l’une des pattes de connexion (17) au bus d’alimentation.
  8. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, le flasque de fermeture (5) portant un boîtier électronique (60).
  9. Machine selon la revendication 8, la sonde de température (40) étant connectée électriquement au boîtier électronique (60).
  10. Machine selon la revendication 9, le boîtier (60) comportant un connecteur (62) pour le raccordement d’une fiche électrique (47) présente à l’extrémité d’un câble (46) de la sonde de température.
  11. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, les éléments métalliques (16) du connecteur de phases (12) étant en cuivre.
  12. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, la zone de réception (18) de la sonde de température (40) étant déportée axialement, selon l’axe de rotation de la machine, de telle sorte qu’elle se situe au moins partiellement en avant des pattes (17) de connexion au bus d’alimentation.
  13. Machine selon les revendications 2 et 12, la patte de montage (18) ayant une extrémité libre (18a) définissant le point le plus en avant du connecteur de phases (12).
  14. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonde de température (40) est montée de façon amovible sur ladite zone de réception (18) du connecteur de phases (12).
  15. Procédé de fabrication de la machine telle que définie dans l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonde de température (40) est montée sur le connecteur de phases (12) alors que le stator est déjà en place dans le carter muni de son flasque de fermeture (5).
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