WO2016092035A1 - Actionneur avec modules statorique et rotorique enrobes - Google Patents

Actionneur avec modules statorique et rotorique enrobes Download PDF

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rotor
module
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electric actuator
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PCT/EP2015/079302
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Gaël ANDRIEUX
Pascal Thibaut
Gaëtan RIOU
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Mmt Sa
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Definitions

  • the present invention relates to the field of polyphase type electric motors without brushes having a series of permanent magnets interacting with a soft ferromagnetic stator supporting electric coils.
  • the coils are powered by a polyphase alternating current through an electronic commutation provided by an electronic circuit.
  • the invention more particularly proposes an actuator formed of a motor and electronic assembly integrated in a compact and simple manner in separate modules coated (for example by overmoulding a plastic material, polymer or even metal) and then assembled.
  • motor means the set of elements (coil, soft ferromagnetic stator, permanent magnets and possible soft ferromagnetic yoke) of the magnetic circuit for carrying out the magnetic force and " actuator "the entire engine, in its finalized version, associated with the power supply elements of the engine and position detection.
  • the Hall probes, as well as the electronic circuit controlling them, and the electrical connection assembly of the motor phases must be assembled in an integral product that can be placed and used in any application (for example to move different valves, flaps or shafts in an internal combustion engine).
  • PCT patent application WO / 2009/055625 relates to a stator assembly and to a method for producing a stator assembly.
  • the stator assembly is overmolded with a thermally conductive and electrically insulating polymer composition.
  • the stator core of the stator assembly is covered with an adhesive component to allow better heat transfer at the interface of the stator core and overmoulded coils.
  • EP1677404 describes a motor for an electric power steering, wherein the connection of the coil can be easily achieved with a saving of space, and a method of manufacturing the engine.
  • Stator coils are assembled into a stator core and connected by phase by connecting rings.
  • Patent applications EP2781758, US2010 / 301691, WO2011159674 or US2008 / 023028 describe other embodiments of the prior art. Disadvantages of the solutions of the prior art
  • the present invention aims to overcome these disadvantages by providing a device comprising a stator module embedded, insertable in the housing of a motor or an actuator for electromagnetically interacting with a rotor and cooperating with a rotor module.
  • the invention relates, in its most general sense, to an electric actuator formed of a polyphase brushless motor comprising a rotor provided with permanent magnets and secured to an output shaft, and a stator carrying coils and ensuring magnetic drive of the rotor, a first electrical connection assembly supplying the coils, said stator being integrated in a stator module formed of a material encasing the wound stator and the first electrical connection assembly characterized in that the rotor is integrated in a rotor module consisting of a flange coating a guide element of the rotor axis and that the stator and rotor modules have indexing and fixing elements relative to each other.
  • the rotor module thus forms a first component integrating: the rotor consisting of a yoke on which are mounted the permanent magnets and the output shaft,
  • the stator module forms a second component integrating: the wound stator
  • the engine thus consists of two complementary components that do not require an electrical connection, or parts of assemblies.
  • the link is provided by the complementary configuration of the two coated components, each having an indexed complementary assembly interface to ensure the precise relative positioning of these two components.
  • An important advantage of this coated modular embodiment is a better management of the temperature of the electrical connection assemblies and the printed circuit connecting them. Indeed, when the actuator is working at high temperature, the heat is confined to the stator, which easily withstands this thermal load, and is only weakly diffused at the rear of the actuator to the electrical connection elements and e. It is thus possible to limit the heating of the printed circuit significantly in relation to the embodiments of the prior art.
  • a main advantage of the invention and its modular construction is a significant reduction in the number of parts necessary for the realization of the actuator when compared to the achievements of the prior art.
  • stator module further comprises an electronic circuit also coated to form a second component "intelligent".
  • the actuator comprises a second electrical connection assembly managing the power supply and the signals of the detection elements necessary for the switching of the different phases of the motor and the stator module coats the first and second sets electrical connection.
  • This second set is thus necessary when it is desired to control the engine through an encoder assembly integrated into the engine. It is not necessary if you want to drive the motor in "sensorless" sensorless mode.
  • the stator assembly has a cavity adapted to receive said rotor module.
  • the first and second electrical connection assemblies form a radial embedded extension of said stator module.
  • first and second electrical connection assemblies form an axial encapsulated extension of said stator module.
  • the flange has an outer shape complementary to the receiving zone of the stator module to allow easy assembly.
  • said flange of the rotor module has centering pins adapted to engage in complementary housing formed on the stator module.
  • the stator module comprises a plurality of superposed sheets having a plurality of teeth, at least a portion of which supports an electric coil, each of said electrical coils having axially extending connecting tabs, said module stator further comprising a connection assembly formed of connecting lugs for connecting a complementary connector, all of the components comprising said wound sheet assembly, said coil connection lugs and said connector connection lugs are embedded in a connector insulating plastic material to form a monolithic block encompassing the outer surfaces of said superposed sheets.
  • the inner surface of said teeth of the stator plates can be made flush with respect to the inner surface of said monolithic block and the cavity made cylindrical and closed at its rear by a molded bottom.
  • said molded bottom may comprise a ring for guiding the axis of rotation of the rotor.
  • the inner surface of said teeth of the stator laminations is included in said monolithic block, the thickness of the plastic coating material being less than the gap between the outer cylindrical surface of the rotor and the cylindrical envelope defined by the surface of the stator teeth.
  • the invention also relates to a magnetized rotor module formed by a coated sleeve comprising a bearing for guiding the rotor, the sleeve being surrounded by a collar adapted to be fixed on a stator structure by welding or screwing or riveting.
  • the cavity is opening and the actuator has a third module having a printed circuit and closing the actuator on the rear portion.
  • FIGS. 1 and 2 show the stator module wound with the electrical connection means of the motor and of the detection assembly
  • FIG. 3 represents the coated stator module
  • FIGS. 4 and 5 represent views of the cavity formed in the coated stator respectively before and after insertion of the electronic circuit
  • FIGS. 6 and 7 show views of the rotor module respectively in three-quarter view and in longitudinal section
  • FIGS. 8 and 9 show views of the assembly of the coated stator and the rotor module respectively before assembly and after assembly, in a first embodiment known as "disc" mode
  • FIGS. 10 to 12 represent views of the assembly of the coated stator and the rotor module respectively before assembly (FIG. 10), in sectional view (FIG. 11) and after assembly (FIG. 12), in a second embodiment called “tubular" mode
  • FIGS. 13 and 14 show views, respectively before assembly of the modules and after assembly of the modules, in a third embodiment where the rotor module comes around the stator module
  • FIG. 15 represents a sectional view of the modes described in FIG.
  • Figures 13 and 14 Figures 16 and 17 show sectional views, respectively of the rotor module and the stator module, of an alternative tubular embodiment, - Figure 18 a sectional view of the engine assembled from the modules described Figures 16 and 17 Figure 19 shows an alternative embodiment of the invention.
  • the invention described relates to a rotary motor formed by assembling a rotor module and a stator module.
  • the constituents of these modules are mechanically linked to be permanently united.
  • the rotor module is permanently assembled. Similarly, the stator module is embedded in an insulating plastic material leaving only the electrical connection elements protruding. These two modules are assembled by an insertion of the rotor module in a housing provided for this purpose in the stator module, and joined by screwing, welding or gluing. A third module may optionally close the actuator when the stator module has an opening cavity.
  • an actuator according to the invention commonly comprises a motor having a stator (1) having teeth extending radially, provided with electric coils (2) carried by coil bodies (3) as visible in FIG. 1.
  • the motor is three-phase and as described in EP2002531, but the invention is not limited to this particular technology.
  • a first connection assembly (6) is positioned on a front face of the stator (1) to ensure the electrical connection of the coils (2).
  • the second connection assembly (7) is then positioned to manage (power supply and output signal) the detection elements (typically Hall effect probes) necessary for the operation of the brushless motor according to the teachings of the state of the art. in the art, on an outer surface of the first connection assembly (6) as shown in FIG. 2.
  • the indexing of the first connection assembly (6) on the stator (1) is provided by guiding cavities (4) formed in the coil bodies (3) for precise positioning.
  • the electrical connection is ensured by the insertion, in the notches (5) of the coil body (3), of the terminations of the first connection assembly (6), for example by displacement of the insulator (IDC for Insulation Displacement contact in English).
  • the tracks (6a, 6b, 6c) extend radially and laterally relative to the stator, and are in the form of rectangular section tracks.
  • the tracks are terminated by forked connection tabs (not shown) for connecting an electrical phase by IDC contact.
  • This assembly is made by cutting and folding a metal sheet, for example bronze or copper alloy CuZn30 type, and overmolded with an insulating resin (8) as shown in Figure 2.
  • a metal sheet for example bronze or copper alloy CuZn30 type
  • the second connection assembly (7) represented in FIG. 2 allows the connection of a set of signals - for example those of Hall probes - belonging to an encoder for detecting the position of the rotor of said motor from a printed circuit towards this same connector.
  • five tracks (7a-7e) are used to enable power and operation of Hall sensor signals.
  • This second assembly (7) is then positioned on the first coated assembly as shown in FIG.
  • stator (1) associated with the first (6) and second (7) connection assembly, is described more specifically in the application FR 12/59035.
  • stator (1) and the first (6) and second (7) connection assembly are coated together in an injection mold to form a monolithic and closed part shown in Figure 3.
  • the assembly then constitutes the stator module (9).
  • this stator module (9) may vary depending on the end applications. In the example of Figures 1 to 6, it is a first embodiment called “discal” in the sense that the actuator produced has a larger dimension according to its diameter than its height.
  • the coating here produced by overmoulding covers all of the constituents of the stator, with the exception of the ends of the various tracks (7a to 7e and 6a to 6c), which protrude, inside two openings (10). and 11) to allow electrical connection to an external outlet or an external electronic circuit.
  • stator module (9) Inside this stator module (9), the teeth of the stator (1) are flush with overmolding or covered with a thin skin during overmolding.
  • This monolithic piece forming the stator module (9) has an annular cavity (12) whose bottom is closed in this first embodiment of FIG. 4.
  • the stator module (9) has three lateral protuberances (13 to 15) pierced for allow the attachment of one actuator.
  • the overmolded stator module (9) is thus completely sealed and autonomous.
  • the bottom of the cavity (12) allows to exceed the tabs (16a to 16e) of the second connection assembly (7), inner ends of the tracks (7a to 7e). These tabs (16a to 16e) provide the connection with an electronic circuit (17) of disc shape, which can be housed at the bottom of the cavity (12) as shown in Figure 5.
  • the stator module (9) allows, by its shape, to receive a rotor module (18) shown in Figures 6 and 7.
  • the rotor module (18) comprises a flange (19) having centering pins (20 to 24) extending radially and also having a function of mechanical rigidity.
  • the flange (19) forms, on the inside of the rotor module (18), a ring (25) receiving a guide element (28) guiding the axis (26) of the magnetic rotor (27).
  • the magnetic rotor (27) is constituted by an alternation of permanent magnets (29 to 38) of polarities (North / South) alternating.
  • Figure 7 shows a sectional view of the rotor module (18) to better appreciate the relative positioning of the flange (19) and the bearing (25) for guiding the shaft (26). It shows the ferromagnetic yoke (41) on which are positioned the magnets (29 to 38) and the encoder magnet (40) consisting of an alternation of magnetized polarities.
  • This encoder magnet (40) serves for the rotor position detection in collaboration with the detection elements and the electronic circuit (17) in the bottom of the non-opening cavity (12) of the stator module (9), with respect to this encoder magnet (40) when the stator (9) and rotor (18) modules are assembled.
  • FIG. 8 shows the introduction of the rotor module (18) in the stator module (9), by insertion according to an axial displacement (relative to the axis of rotation of the actuator - the displacement is visualized by the arrow thick), indexing of the two modules through the lugs (20 to 24) which are housed in complementary housing (44 to 49), and then assembly by screwing, gluing, ultrasonic welding or any other known assembly method.
  • Figure 9 shows a view of the two assembled modules then forming the actuator (39) in its finalized version.
  • Figures 10, 11 and 12 show a second embodiment of the actuator (39) in a so-called "tubular" shape, that is to say an actuator whose height dimension is greater than that of its diameter.
  • the actuator (39) drives a screw (42).
  • the stator module (9) locally has an electrical connection plug (43) extending radially relative to the axis of rotation of the actuator (39).
  • the rotor module (18) comprises a flange (19) receiving, as for the first embodiment, a housing for receiving a guide member (28).
  • FIG 11 shows a sectional view of the stator of this alternative embodiment.
  • the rotor module (18) has an inner core formed by a stack of disc plates (50) forcibly engaged on an axis (26) and supporting permanent magnets (29 to 38) in the form of tiles.
  • the stator (1) is fed via a connection assembly described in the European patent EP2212985 of the applicant.
  • the stator (1) receives a second connection assembly (7) for positioning a Hall probe.
  • This assembly is overmolded to form a monolithic part, with a main body (51) and a secondary body (52) whose longitudinal axis is perpendicular to that of the main body (51).
  • the rotor module (18) is indexed, by complementarity of the shapes of the modules, inside the stator module (9).
  • Figures 13 and 14 show a third embodiment where the rotor module (18) is fixed to the stator module (9) from the outside.
  • the flange (19) of the rotor module (18) is indeed of a diameter greater than that of the stator (1) of the stator module (9).
  • the invention is not limited to a motor having a stator with radial teeth. It also applies to a motor whose stator has teeth extending parallel to the axis, with a disc rotor, or a linear motor.
  • This embodiment differs from the mode described in FIG. 10 in that the rotor module (18) comprises a second guide element (28 ') which is secured to the axis (26) after assembly of the package. of sheets (50).
  • This embodiment makes it possible to mount two guide elements (28 and 28 ') of smaller size and allows easier assembly in the stator module (9).
  • the rotor module (18) is typically made with the following steps: -on overmould the front guide element (28) to form the flange with its lugs (20) for positioning and indexing,
  • This assembly axis + package of laminations + magnets motor + rear bearing + magnet sensor on its support is finally assembled, after magnetization of the magnets of the motor and the sensor in place, on the overmoulded module formed of the rear guide element (28) and flange (19).
  • the stator module (9) particularly has an inner cavity (12) opening which allows an assembly of the rotor module (18) formed easier and bring a third module (56) closing the actuator on the rear part.
  • a complementary electronic module comprising, in this example, the printed circuit (17) receiving the detection probe or probes ( 55) of the magnetic field sensor and a closing cap
  • This embodiment advantageously allows the integration of a printed circuit of larger size (than the one presented in the embodiment of Figures 10 and 11) to optionally also place an on-board electronic control circuit driving the motor phases directly.
  • FIG 19 shows an alternative embodiment of an actuator (39) according to the invention wherein the stator module (9) accommodates an on-board electronic circuit for managing the engine control.
  • the stator module (9) accommodates an on-board electronic circuit for managing the engine control.
  • Typical elements that can be found in this electronic circuit are: a management module (60) of the switching logic, one or more filtering capacitors (61), a set of switching transistors (62) of the MosFet type to control the supply of the different phases.
  • a management module (60) of the switching logic one or more filtering capacitors (61), a set of switching transistors (62) of the MosFet type to control the supply of the different phases.
  • These electronic elements are then positioned on the overmoulded stator module (9) and a cover (not shown) can be placed glued, welded, screwed or riveted to complete the motor.

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Abstract

L'invention concerne selon son acception la plus générale un actionneur électrique formé d'un moteur sans balais polyphasé comportant un rotor muni d'aimants permanents et solidaire d'un axe de sortie, et un stator portant des bobines et assurant l'entraînement magnétique du rotor, un premier ensemble de connexion électrique alimentant les bobines, ledit stator étant intégré dans un module statorique (9) formé d'une matière enrobant le stator bobiné ainsi que le premier ensemble de connexion électrique De plus, le rotor est intégré dans un module rotorique (18) constitué par un flasque enrobant un roulement assurant le guidage de l'axe du rotor et en ce que les modules statorique (9) et rotorique (18) présentent des éléments d'indexation et de fixation l'un par rapport à l'autre.

Description

ACTIONNEUR AVEC MODULES STATORIQUE ET ROTORIQUE ENROBES
Domaine de 1 ' invention
[0001] La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques polyphasés de type sans balais présentant une série d'aimants permanents interagissant avec un stator ferromagnétique doux supportant des bobines électriques. Les bobines sont alimentées par un courant alternatif polyphasé au travers d'une commutation électronique fournie par un circuit électronique .
[0002] L'invention propose plus particulièrement un actionneur formé d'un ensemble moteur et électronique intégrés de manière compacte et simple dans des modules séparés enrobés (par exemple par surmoulage d'une matière plastique, polymère ou même métallique) puis assemblés.
[0003] On entend, dans la suite de ce texte, par « moteur » l'ensemble des éléments (bobine, stator ferromagnétique doux, aimants permanents et culasse ferromagnétique douce éventuelle) du circuit magnétique permettant de réaliser l'effort magnétique et par « actionneur » l'ensemble du moteur, dans sa version finalisée, associé aux éléments d'alimentation électrique du moteur et de détection de position .
Etat de la technique
[0004] On connaît, dans l'état de la technique, nombre de moteurs électriques polyphasés sans balai à aimants permanents comme par exemple ceux décrits dans le brevet EP0949747 ou la demande EP2002531, tous deux de la demanderesse. Les moteurs de ce type sont composés d'un ensemble stator bobiné et d'un ensemble rotor comprenant une pluralité d'aimants. Afin d'assurer la commutation électrique des différentes phases de ces moteurs, la solution généralement choisie consiste à utiliser au moins une sonde de Hall placée en regard de la pluralité d'aimants ou d'un ensemble aimanté auxiliaire dédié à cette commutation.
[0005] Afin de réaliser un actionneur, les sondes de Hall, ainsi que le circuit électronique les pilotant, et l'ensemble de connexion électrique des phases du moteur doivent être assemblés dans un produit intégral pouvant être placé et utilisé dans une application quelconque (par exemple pour déplacer différentes vannes, volets ou arbres dans un moteur à combustion interne).
[0006] Dans les solutions de l'art antérieur, il existe diverses réalisations. Par exemple, certaines solutions consistent à surmouler partiellement le moteur, le plus souvent seul le stator étant surmoulé. La demande de brevet PCT WO/2009/055625 se rapporte à un ensemble stator et à un procédé de réalisation d'un ensemble stator. L'ensemble stator est surmoulé d'une composition polymère thermiquement conductrice et électriquement isolante. Le noyau de stator de l'ensemble stator est recouvert d'un composant adhésif afin de permettre un meilleur transfert de chaleur à l'interface du noyau de stator et des bobines surmoulées.
[0007] On connaît aussi la demande de brevet EP1677404 décrit un moteur pour une direction assistée électrique, dans lequel la connexion de la bobine peut être facilement réalisé avec un gain de place, et un procédé de fabrication du moteur. Des bobines de stator sont assemblés en un noyau de stator et reliées par phase par des anneaux de liaison.
[0008] Les demandes de brevet EP2781758, US2010/301691 , W02011159674 ou US2008/023028 décrivent d'autres exemples de réalisation de l'art antérieur. Inconvénients des solutions de l'art antérieur
[0009] Les solutions de l'art antérieur présentent l'inconvénient d'un assemblage compliqué, nécessitant un positionnement mécanique précis des pièces statoriques dans le boîtier et/ou par rapport au rotor. Lors de l'assemblage, il est nécessaire de réaliser de multiples liaisons mécaniques et électriques afin d'assurer le raccordement des bobines à un faisceau de câblage ou des éléments de connexion avec le circuit électronique, les connecteurs électriques et le cas échéant avec un circuit imprimé. Ces différentes opérations nécessitent une grande précision et sont sources de fragilité du dispositif.
[0010] Les solutions de surmoulage connues dans l'art antérieur ne permettent pas d'assurer l'enrobage de l'intégralité des composants d'une structure stator et ne permettent que partiellement d'éviter le problème de l'assemblage et des connexions électriques.
[0011] En particulier, dans la solution proposée dans la demande de brevet EP1677404, le stator bobinée et la connectique ne forment pas une ensemble encapsulé, ce qui conduit à des faiblesses mécaniques.
Solution apportée par l'invention
[0012] La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif comprenant un module statorique enrobé, insérable dans le boîtier d'un moteur ou d'un actionneur pour interagir de manière électromagnétique avec un rotor et coopérant avec un module rotorique.
[0013] L'invention concerne selon son acception la plus générale un actionneur électrique formé d'un moteur sans balais polyphasé comportant un rotor muni d'aimants permanents et solidaire d'un axe de sortie, et un stator portant des bobines et assurant l'entraînement magnétique du rotor, un premier ensemble de connexion électrique alimentant les bobines, ledit stator étant intégré dans un module statorique formé d'une matière enrobant le stator bobiné ainsi que le premier ensemble de connexion électrique caractérisé en ce que le rotor est intégré dans un module rotorique constitué par un flasque enrobant un élément de guidage de l'axe du rotor et en ce que les modules statorique et rotorique présentent des éléments d'indexation et de fixation l'un par rapport à 1 ' autre .
[0014] Le module rotorique forme ainsi un premier composant intégrant : - le rotor constitué d'une culasse sur laquelle sont montés les aimants permanents et l'axe de sortie,
- un élément de guidage
- une flasque assurant l'enrobage de cet ensemble.
Le module statorique forme un deuxième composant intégrant : - le stator bobiné
- un premier ensemble de connexion électrique
- ces éléments étant également enrobés.
Le moteur est ainsi constitué de deux composants complémentaires ne nécessitant pas de liaison électrique, ni de pièces d'assemblages. La liaison est assurée par la configuration complémentaire des deux composants enrobés, présentant chacun une interface d'assemblage complémentaire indexée pour garantir le positionnement relatif précis de ces deux composants . [0015] Un avantage important de cette réalisation modulaire enrobée est une meilleure gestion de la température des ensembles de connexion électrique et du circuit imprimé les reliant. En effet, lorsque l'actionneur travaille à haute température, la chaleur est confinée au niveau du stator, qui supporte aisément cette charge thermique, et n'est que faiblement diffusée à l'arrière de l'actionneur vers les éléments de connexion électriques et électroniques. Il est ainsi possible de limiter 1 'échauffement du circuit imprimé de façon importante par rapport aux réalisations de l'art antérieur.
[0016] Un avantage principal de l'invention et sa réalisation modulaire est une réduction importante du nombre de pièces nécessaires à la réalisation de l'actionneur lorsque comparé aux réalisations de l'art antérieur.
[0017] Optionnellement , le module statorique comprend en plus un circuit électronique également enrobé pour former un second composant « intelligent » .
[0018] De manière préférée mais non limitative, l'actionneur comprend un deuxième ensemble de connexion électrique gérant l'alimentation et les signaux des éléments de détection nécessaire à la commutation des différentes phases du moteur et le module statorique enrobe le premier et deuxième ensemble de connexion électrique. Ce deuxième ensemble est ainsi nécessaire lorsque l'on souhaite piloter le moteur grâce à un ensemble codeur intégré au moteur. Il n'est pas nécessaire si l'on souhait piloter le moteur en mode « sans capteur » auto- commuté ( sensorless ) .
[0019] De manière préférentielle, l'ensemble statorique présente une cavité apte à recevoir ledit module rotorique.
[0020] Dans un mode de réalisation les premier et deuxième ensembles de connexion électrique forment un prolongement enrobé radial dudit module statorique.
[0021] Dans un autre mode de réalisation les premier et deuxième ensembles de connexion électrique forment un prolongement enrobé axial dudit module statorique.
[0022] Préférentiellement , le flasque présente une forme extérieure complémentaire de la zone de réception du module statorique pour permettre un assemblage aisé.
[0023] Par exemple, ledit flasque du module rotorique présente des ergots de centrage aptes à s'engager dans des logements complémentaires formés sur le module statorique.
[0024] Dans un mode particulier de réalisation, le module statorique comprend un ensemble de tôles superposées présentant une pluralité de dents dont une partie au moins supporte une bobine électrique, chacune desdites bobines électriques présentant des pattes de connexion s 'étendant axialement, ledit module statorique comportant en outre un ensemble de connexion formé de pattes de connexion pour le raccordement d'un connecteur complémentaire, la totalité des composants comprenant ledit ensemble de tôles bobiné, lesdites pattes de connexion des bobines et lesdites pattes de connexion pour le raccordement d'un connecteur sont enrobées dans une matière plastique isolante pour former un bloc monolithique englobant les surfaces extérieures desdites tôles superposées .
[ 0025 ] La surface intérieure desdites dents des tôles statoriques peut être rendue affleurant par rapport à la surface intérieure dudit bloc monolithique et la cavité rendue cylindrique et fermée à sa partie arrière par un fond moulé. Dans ce cas, ledit fond moulé peut comprendre une bague pour le guidage de l'axe de rotation du rotor.
[ 0026 ] Selon une variante, la surface intérieure desdites dents des tôles statoriques est incluse dans ledit bloc monolithique, l'épaisseur de la matière plastique enrobant étant inférieure à l'entrefer compris entre la surface cylindrique extérieure du rotor et l'enveloppe cylindrique définie par la surface des dents statoriques.
[ 0027 ] L'invention concerne aussi un module rotorique aimanté formé par une douille enrobée comprenant un roulement pour le guidage du rotor, la douille étant entourée par une collerette apte à être fixée sur une structure statorique par soudage ou vissage ou rivetage.
[ 0028 ] Dans une variante de réalisation, la cavité est débouchant et l'actionneur présente un troisième module comportant un circuit imprimé et fermant l'actionneur sur la partie arrière.
[ 0029 ] L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un module rotorique aimanté caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- Surmoulage du roulement avant pour former le flasque avec ses ergots de positionnement et d'indexation, - Assemblage d'un paquet de tôles sur l'axe du rotor,
- Collage du ou des aimants du moteur sur le paquet de tôles ,
- Assemblage du roulement arrière sur l'axe comportant le paquet de tôles.
Description détaillée d'exemples non limitatifs de réalisation
[0030] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés correspondant à des exemples non limitatifs de réalisation, où :
- les figures 1 et 2 représentent le module statorique bobiné avec les moyens de connexion électrique du moteur et de l'ensemble de détection,
- la figure 3 représente le module statorique enrobé, - les figures 4 et 5 représentent des vues de la cavité formée dans le stator enrobé respectivement avant et après l'insertion du circuit électronique,
- les figures 6 et 7 représentent des vues du module rotorique respectivement en vue de trois-quarts et en coupe longitudinale,
- les figures 8 et 9 représentent des vues de l'assemblage du stator enrobé et du module rotorique respectivement avant assemblage et après assemblage, dans un premier mode de réalisation dit mode « discal » , - les figures 10 à 12 représentent des vues de l'assemblage du stator enrobé et du module rotorique respectivement avant assemblage (figure 10), en vue de coupe (figure 11) et après assemblage (figure 12), dans un second mode de réalisation dit mode « tubulaire » , - les figures 13 et 14 représentent des vues, respectivement avant assemblage des modules et après assemblage des modules, dans un troisième mode de réalisation où le module rotorique vient autour du module statorique, - la figure 15 représente une vue en coupe des modes décrits en figures 13 et 14, les figures 16 et 17 représentent des vues en coupe, respectivement du module rotorique et du module statorique, d'un mode de réalisation tubulaire alternatif, - la figure 18 une vue en coupe du moteur assemblé à partir des modules décrits en figures 16 et 17 la figure 19 représente une variante de réalisation de 1 ' invention .
[0031] L'invention décrite concerne un moteur rotatif formé par assemblage d'un module rotorique et d'un module statorique. Les constituants de ces modules sont liés mécaniquement pour être définitivement solidarisés.
[0032] Le module rotorique est définitivement assemblé. De même, le module statorique est enrobé dans une matière plastique isolant ne laissant dépasser que les éléments de connexion électrique. Ces deux modules sont assemblés par une insertion du module rotorique dans un logement prévu à cet effet dans le module statorique, et réunis par vissage, soudure ou collage. Un troisième module peut éventuellement venir fermer l'actionneur lorsque le module statorique présente une cavité débouchant.
Description détaillée des figures
[0033] Dans un premier mode de réalisation, un actionneur selon l'invention comprend communément un moteur ayant un stator (1) présentant des dents s 'étendant radialement, munies de bobines électriques (2) portées par des corps de bobine (3) comme visibles en figure 1.
[ 0034 ] Dans cet exemple décrit, le moteur est triphasé et tel que décrit dans la demande EP2002531, mais l'invention n'est nullement limitée à cette technologie particulière.
[ 0035 ] Un premier ensemble de connexion (6) se positionne sur une face frontale du stator (1) pour assurer la connexion électrique des bobines (2). On positionne ensuite le deuxième ensemble de connexion (7), destiné à gérer (alimentation et signal de sortie) les éléments de détection (typiquement des sondes à effet Hall) nécessaires au fonctionnement du moteur sans balai suivant les enseignements de l'état de l'art en la matière, sur une surface extérieure du premier ensemble de connexion (6) comme représenté en figure 2.
[ 0036 ] L'indexation du premier ensemble de connexion (6) sur le stator (1) est assurée grâce à des cavités de guidage (4) réalisées dans les corps de bobine (3) permettant un positionnement précis. La connexion électrique est assurée par l'insertion, dans les encoches (5) du corps de bobine (3), des terminaisons du premier ensemble de connexion ( 6 ) , par exemple par déplacement de l'isolant (IDC pour Insulation Displacement contact en anglais).
[ 0037 ] Dans cet exemple, il existe trois phases électriques qui sont alimentées par 3 pistes distinctes (6a, 6b, 6c). Les pistes (6a, 6b, 6c) s'étendent radialement puis latéralement par rapport au stator, et se présentent sous la forme de pistes à section rectangulaire.
[ 0038 ] Les pistes se terminent par des pattes de raccordement fourchues (non montrées) permettant de connecter une phase électrique par contact IDC.
[ 0039 ] Cet ensemble est réalisé par découpage et pliage d'une feuille métallique, par exemple du bronze ou d'un alliage de cuivre de type CuZn30, puis surmoulée avec une résine isolante (8) comme représenté en figure 2.
[ 0040 ] Le deuxième ensemble de connexion (7) représenté en figure 2 permet la connexion d'un ensemble de signaux -par exemple ceux de sondes de Hall- appartenant à un codeur servant à détecter la position du rotor dudit moteur depuis un circuit imprimé vers ce même connecteur. Ici, cinq pistes (7a à 7e) sont utilisées pour permettre l'alimentation et l'exploitation des signaux des sondes de Hall. Ce deuxième ensemble (7) est ensuite positionné sur le premier ensemble enrobé comme représenté en figure 2.
[0041] Ce mode de réalisation du stator (1), associé aux premiers (6) et deuxième (7) ensemble de connexion, est décrit plus précisément dans la demande FR 12/59035.
[0042] Le stator (1) ainsi que les premiers (6) et deuxième ( 7 ) ensemble de connexion sont enrobés ensemble dans un moule d'injection pour former une pièce monolithique et fermée représentée en figure 3. L'ensemble enrobé constitue alors le module statorique ( 9 ) .
[0043] La forme de ce module statorique (9) peut varier en fonction des applications finales. Dans l'exemple des figures 1 à 6, il s'agit d'un premier mode de réalisation dit « discal » dans le sens où l'actionneur réalisé présente une dimension plus importante suivant son diamètre que suivant sa hauteur .
[0044] L'enrobage ici réalisée par surmoulage recouvre l'intégralité des constituants du stator, à l'exception des extrémités des différentes pistes (7a à 7e et 6a à 6c), qui dépassent, à l'intérieur de deux ouvertures (10 et 11) pour permettre une connexion électrique à une prise extérieur ou à un circuit électronique annexe extérieur.
[0045] A l'intérieur de ce module statorique (9), les dents du stator (1) sont soit affleurant au surmoulage, soit recouvertes d'une peau mince lors du surmoulage. Cette pièce monolithique formant le module statorique (9) présente une cavité annulaire (12) dont le fond est fermé dans ce premier mode de réalisation de la figure 4. Le module statorique (9) présente trois protubérances latérales (13 à 15) percées pour permettre la fixation de 1 'actionneur . Le module statorique (9) surmoulé est ainsi totalement étanche et autonome.
[0046] Le fond de la cavité (12) laisse dépasser les pattes (16a à 16e) du deuxième ensemble de connexion (7), extrémités intérieures des pistes (7a à 7e). Ces pattes (16a à 16e) assurent la liaison avec un circuit électronique (17) de forme discal, pouvant être logé au fond de la cavité (12) comme représenté en figure 5.
[0047] Le module statorique (9) permet, par sa forme, de recevoir un module rotorique (18) présenté en figures 6 et 7.
[0048] Le module rotorique (18) comprend un flasque (19) présentant des ergots de centrage (20 à 24) s 'étendant radialement et ayant aussi une fonction de rigidité mécanique. Le flasque (19) forme, sur l'intérieur du module rotorique (18), une bague (25) recevant un élément de guidage (28) guidant l'axe (26) du rotor magnétique (27).
[0049] Le rotor magnétique (27) est constitué par une alternance d'aimants permanents (29 à 38) de polarités (Nord / Sud) alternées.
[0050] La figure 7 présente une vue en coupe du module rotorique (18) permettant de mieux apprécier le positionnement relatif du flasque (19) et du roulement (25) de guidage de l'axe (26). On y voit la culasse ferromagnétique (41) sur laquelle sont positionnés les aimants (29 à 38) et l'aimant codeur (40) constitué d'une alternance de polarités aimantées. Cet aimant codeur (40) sert à la détection de position du rotor en collaboration avec les éléments de détection et le circuit électronique (17) dans le fond de la cavité (12) non débouchant du module statorique ( 9 ) , en regard de cet aimant codeur (40) lorsque les modules statorique (9) et rotorique (18) sont assemblés.
[0051] La figure 8 représente la mise en place du module rotorique (18) dans le module statorique (9), par insertion selon un déplacement axial (relativement à l'axe de rotation de l' actionneur — le déplacement est visualisé par la flèche épaisse), indexation des deux modules grâce aux ergots (20 à 24) qui viennent se loger dans des logements complémentaires (44 à 49), puis assemblage par vissage, collage, soudure ultrason ou tout autre mode d'assemblage connu.
[ 0052 ] La figure 9 représente une vue des deux modules assemblés formant alors l'actionneur (39) dans sa version finalisée .
[ 0053 ] Les figures 10, 11 et 12 représentent un deuxième mode de réalisation de l'actionneur (39) suivant une forme dite « tubulaire », c'est-à-dire un actionneur dont la dimension de hauteur est supérieure à celle de son diamètre.
[ 0054 ] Dans cette variante, l'actionneur (39) entraîne une vis (42). Dans cet exemple, le module statorique (9) présente localement une prise de connexion (43) électrique s 'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation de l'actionneur (39).
[ 0055 ] Le module rotorique (18) comprend un flasque (19) recevant, de même que pour le premier mode de réalisation, un logement pour recevoir un élément de guidage (28).
[ 0056 ] La figure 11 représente une vue en coupe du stator de cette autre variante de réalisation. Le module rotorique (18) présente un cœur intérieur formé par un empilement de tôles discales (50) engagées de force sur un axe (26) et supportant des aimants permanents (29 à 38) en forme de tuiles.
[ 0057 ] Le stator (1) est alimenté par l'intermédiaire d'un ensemble de connexion décrit dans le brevet européen EP2212985 de la demanderesse. Le stator (1) reçoit un deuxième ensemble de connexion (7) pour le positionnement d'une sonde de Hall.
[ 0058 ] Cet ensemble est surmoulé pour former une pièce monolithique, avec un corps principal (51) et un corps secondaire (52) dont l'axe longitudinal est perpendiculaire à celui du corps principal (51).
[ 0059 ] Dans les modes de réalisation montrées précédemment, le module rotorique (18) vient s'indexer, par complémentarité des formes des modules, à l'intérieur du module statorique (9). [0060] Les figures 13 et 14 montrent un troisième mode de réalisation où le module rotorique (18) vient se fixer au module statorique (9) par l'extérieur.
[0061] Le flasque (19) du module rotorique (18) est en effet ici d'un diamètre supérieur à celui du stator (1) du module statorique ( 9 ) .
[0062] La figure 15 permet d'apprécier le détail des éléments que l'on retrouve dans ce mode de réalisation. Les différents éléments pointés étant identiques dans leur fonction à ceux cités dans les modes précédents.
[0063] L'invention n'est pas limitée à un moteur présentant un stator à dents radiales. Elle s'applique aussi à un moteur dont le stator présente des dents s 'étendant parallèlement à l'axe, avec un rotor discal, ou encore un moteur linéaire.
[0064] La variante de réalisation des figures 10, 11 et 12 permet de réaliser une version dite « tubulaire » décrite précédemment .
[0065] Il est possible d'envisager une alternative de réalisation afin d'obtenir un ensemble plus compact. Cette alternative est particulièrement décrite en figures 16 à 18.
[0066] Ce mode de réalisation diffère du mode décrit en figure 10 en ce que le module rotorique (18) comprend un deuxième un élément de guidage (28') qui est rendu solidaire de l'axe (26) après le montage du paquet de tôles (50). Cette réalisation permet de monter deux éléments de guidage (28 et 28') de plus petite taille et permet un assemblage plus aisé dans le module statorique ( 9 ) .
[0067] Le module rotorique (18) est typiquement réalisé avec les étapes suivantes : -on surmoule l'élément de guidage avant (28) pour former le flasque avec ses ergots (20) de positionnement et d' indexation,
-on assemble le paquet de tôles (50) sur l'axe (26) du rotor, -on colle le ou les aimants (29) du moteur sur le paquet de tôles (50),
-on assemble l'élément de guidage arrière (28') sur l'axe (26) comportant le paquet de tôles (50). Dans l'exemple décrit on assemble ensuite un aimant capteur
(53) avec son support sur l'extrémité libre de l'axe (par chassage ou vissage par exemple).
Cet ensemble axe + paquet de tôles + aimants moteur + roulement arrière + aimant capteur sur son support est enfin assemblé, après aimantation des aimants du moteur et du capteur en place, sur le module surmoulé formé de l'élément de guidage arrière (28) et du flasque (19).
[ 0068 ] Le module statorique (9) présente particulièrement une cavité intérieure (12) débouchant qui permet un assemblage du module rotorique (18) formé plus aisé et de venir rapporter un troisième module (56) fermant l'actionneur sur la partie arrière .
[ 0069 ] Après l'assemblage des deux modules statorique (9) et rotorique (18), il reste en effet à ajouter un module électronique complémentaire comprenant, dans cet exemple, le circuit imprimé (17) recevant le ou les sondes de détection (55) du champ magnétique capteur et un capot de fermeture
(54) . Cette réalisation permet avantageusement de permettre l'intégration d'un circuit imprimé de taille plus importante (que celui présenté en mode de réalisation des figures 10 et 11) pour éventuellement pouvoir placer aussi un circuit électronique de pilotage embarqué pilotant directement les phases du moteur.
[ 0070 ] La figure 19 présente un mode de réalisation alternatif d'un actionneur (39) selon l'invention où le module statorique (9) accueille un circuit électronique embarqué permettant la gestion du pilotage du moteur. On parle alors d'un moteur « intelligent » ou « smart » et la connectique sortant du moteur est simplifiée car il n'y a pas à sortir hors du moteur les pattes électriques du deuxième ensemble de connexion (7). Les éléments typiques que l'on peut trouver dans ce circuit électronique sont : un module de gestion (60) de la logique de commutation, une ou plusieurs capacités de filtrage (61), un ensemble de transistors (62) de commutation de type MosFet pour commander l'alimentation des différentes phases. Ces éléments électroniques sont alors positionnés sur le module statorique surmoulé (9) et un couvercle (non montré) peut être placé collé, soudé, vissé ou riveté pour terminer le moteur.

Claims

REVENDICATIONS
1 — Actionneur électrique formé d'un moteur sans balais polyphasé comportant un rotor (27) muni d'aimants permanents
(29 à 38) et solidaire d'un axe de sortie (26), et un stator (1) portant des bobines (2) et assurant l'entraînement magnétique du rotor (27), un premier ensemble de connexion électrique (6) alimentant les bobines (2), ledit stator (1) étant intégré dans un module statorique (9) formé d'une matière enrobant le stator (1) bobiné ainsi que le premier (6) ensemble de connexion électrique caractérisé en ce que le rotor (27) est intégré dans un module rotorique (18) constitué par un flasque (19) enrobant un élément de guidage (28) de l'axe (26) du rotor (27) et en ce que les modules statorique (9) et rotorique (18) présentent des éléments d'indexation et de fixation l'un par rapport à l'autre.
2 - Actionneur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième ensemble de connexion électrique
(7) gérant l'alimentation et les signaux des éléments de détection nécessaires à la commutation des différentes phases du moteur et en ce que le module statorique enrobe le premier (6) et deuxième (7) ensemble de connexion électrique.
3 - Actionneur selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'ensemble statorique (9) présente une cavité (12) apte à recevoir ledit module rotorique (18). 4 — Actionneur électrique selon la revendication 2 caractérisé en ce que les premier ( 6 ) et deuxième ( 7 ) ensembles de connexion électrique forment un prolongement enrobé radial dudit module statorique ( 9 ) . 5 — Actionneur électrique selon la revendication 2 caractérisé en ce que les premier ( 6 ) et deuxième ( 7 ) ensembles de connexion électrique forment un prolongement enrobé axial dudit module statorique ( 9 ) .
6 — Actionneur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit flasque
(19) présente une forme extérieure complémentaire de la zone d'indexation du module statorique (9).
7 — Actionneur électrique selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit flasque (19) du module rotorique
(18) présente des ergots de centrage (20 à 24) aptes à s'engager dans des logements complémentaires (44 à 49) formés sur le module statorique (18). 8 — Actionneur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit module statorique (18) comprend un ensemble de tôles superposées (50) présentant une pluralité de dents dont une partie au moins supporte une bobine électrique, chacune desdites bobines électriques présentant des pattes de connexion s 'étendant axialement, ledit module statorique (18) comportant en outre un ensemble de connexion formé de pattes de connexion pour le raccordement d'un connecteur complémentaire, la totalité des composants comprenant ledit ensemble de tôles bobiné, lesdites pattes de connexion des bobines et lesdites pattes de connexion pour le raccordement d'un connecteur sont enrobées dans une matière plastique isolante pour former un bloc monolithique englobant les surfaces extérieures desdites tôles superposées (50).
9 - Actionneur électrique selon la revendication 8 caractérisé en ce que la surface intérieure desdites dents des tôles statoriques est affleurant par rapport à la surface intérieure dudit bloc monolithique. 10 - Actionneur électrique selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite cavité ( 12 ) est cylindrique est fermée à sa partie arrière par un fond moulé. 11 - Actionneur électrique selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit fond moulé comprend une bague pour le guidage de l'axe de rotation du rotor.
12 - Actionneur électrique selon la revendication 8 caractérisé en ce que la surface intérieure desdites dents des tôles statoriques est incluse dans ledit bloc monolithique, l'épaisseur de la matière plastique enrobant étant inférieure à l'entrefer compris entre la surface cylindrique extérieure du rotor et l'enveloppe cylindrique définie par la surface des dents statoriques.
13 — Actionneur électrique selon la revendication 3 caractérisé en ce que la cavité ( 12 ) est débouchant. 14 — Actionneur électrique selon la revendication 13 caractérisé en ce que qu'il présente un troisième module comportant un circuit électronique ( 17 ) et en ce que le troisième module ferme 1 ' actionneur sur la partie arrière. 15 — Procédé de fabrication d'un module rotorique aimanté
( 18 ) constitué par un flasque ( 19 ) enrobant un élément de guidage ( 28 ) assurant le guidage de l'axe ( 26 ) du rotor ( 27 ) pour un actionneur conforme à la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Surmoulage d'un élément de guidage avant ( 28 ) pour former le flasque avec ses ergots ( 20 ) de positionnement et d' indexation,
Assemblage d'un paquet de tôles ( 50 ) sur l'axe ( 26 ) du rotor, Collage du ou des aimants (29) du moteur sur le paquet de tôles ( 50 ) ,
Assemblage de l'élément de guidage arrière (28') sur l'axe (26) comportant le paquet de tôles (50).
16 - Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l' actionneur est intelligent, le module statorique enrobé accueillant un circuit électronique destiné à piloter l' actionneur et présentant des transistors de commutation et un circuit de commande logique de ces transistors de commutation.
17 - Actionneur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que un couvercle vient enfermer cette électronique placée sur le module statorique.
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