WO2016132037A1 - Dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques a courant continu - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a brush holder device, sensor holder, for rotor of electrical machines, and more particularly for rotor of electrical machines comprising a torque control.
- e-machines have an integrated electronics increasingly powerful and is, therefore, more and more voluminous. This poses a problem of lack of free space at the back of the machines because of the space used for the power electronics and the control of this electronics.
- the machines with brushes have the main function of providing the rotor power supply by said brushes. This function is generally performed by a brush holder (or a brush holder regulator for conventional alternators).
- An object of the present invention is to provide a compact device for both powering the rotor electrically and measuring with the position of said rotor, irrespective of the number of pairs of poles thereof.
- this object is achieved by means of a brush holder device, a sensor holder for an electric machine rotor that is remarkable in that it comprises: a brush holder part configured to perform the electrical power supply function of a electric machine rotor;
- a sensor holder part configured to perform the function of measuring the position of said rotor.
- the device according to the invention has the advantage of being compact, and allows, on its own, to supply the rotor and to measure the position of the latter.
- the brush holder part comprises a housing comprising two brushes each provided with a metallic trace constituting the routing for the connection of said brushes with the control electronics of the electric machine to ensure the supply of electrical energy of the rotor of said machine; and the sensor holder portion is constituted by a housing comprising three Hall effect sensors, each sensor being provided with at least three metal traces corresponding to a power supply, a measurement and a mass, and constituting a folding network defining the routing for the connection of said sensors with the control electronics of the electric machine, said sensors being still integral with the fixed bearing of the rotor and cooperating with a magnetic encoder integral with said rotor so as to allow the measurement of the position of the rotor.
- the sensors situated at the ends each have four metal traces, the two lateral traces of each sensor located at the ends being connected so as to form two superimposed Hs which can be short-circuited or shunted according to a term Anglo Saxon technique well known to those skilled in the art.
- Hs Anglo Saxon
- the power supplies and the masses of the three sensors are pooled so as to form a single metal trace for the power supply and a single metal trace for the ground before connection with the control electronics.
- the adjacent Hall effect sensors are angularly offset, this angular offset varying as a function of the number of pairs of poles of the rotor. According to an advantageous exemplary embodiment, this angular offset is between 15 ° and 20 °.
- the metal traces from the sensors and the brush supply are configured to be connected to the control electronics of the rotor.
- the metal traces from the sensors and the brush supply are configured to allow their connection with the control electronics by welding, said metal traces being then provided with bent pins.
- said metal traces are provided with automotive connectors overmolded in a male connector adapted to cooperate with a female connector which is provided with the control electronics, these connectors ensuring the sealing of the connection between said metal traces and said control electronics.
- connection between the metal traces from the sensors and the brush supply and the control electronics is achieved by screwing the sensor housing and the brush holder housing with the housing which is equipped with the control electronics, the connection then being made via contact pins which are provided with said metal traces.
- FIG. 1 is a perspective view of the brush holder device, sensor holder, according to the invention.
- Figure 2 is a perspective view of the connecting grid of the device of the invention.
- FIG. 3 is a plan view of a second exemplary embodiment of the sensor connection grid, for use on a rotor having six pairs of poles.
- FIG. 4 is a plan view of a first embodiment of the sensor connection grid, for use on a rotor having eight pairs of poles.
- the device according to the invention comprises a brush holder part 1 configured to perform the function of supplying electrical energy to an electric machine rotor;
- the brush holder portion 1 is constituted by a housing 1A containing two brushes 3,4 (known per se).
- Each broom 3, 4 is provided with a metal trace, respectively 3a, 4a, constituting the routing for the connection of said brushes with the control electronics of the electrical machine to ensure the supply of electrical energy to the rotor of said machine through slip rings (not shown).
- control electronics is constituted by an electronic card known per se (not shown).
- the position of the rotor is measured using three Hall effect sensors 5, 6, 7 integral with the fixed bearing of the rotor. These sensors cooperate with a magnetic encoder, for example constituted by an annular magnet, integral with the rotor.
- Each sensor comprises at least three metal traces corresponding to a power supply (5a, 6a, 7a), a measurement (5b, 6b, 7b) and a ground (5c, 6c, 7c) constituting the routing for the connection of said sensors with the electronic control board of the electric machine.
- the power supplies 5a, 6a, 7a and the masses 5c, 6c, 7c of the three sensors 5, 6, 7 are mutualized so as to form a single metal trace 8 for the supply and a single metal trace 9 for ground before connection with the electronic control board.
- the Hall effect sensors 5, 6, 7 are arranged next to each other and two adjacent sensors are offset by an angle, this angular offset is between 15 ° and 20 °.
- the traces 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c of the sensors 5, 6, 7 define a folding network allowing different angulation as a function of the number of pole pairs of the rotor.
- the sensors located at the ends 5, 7 each have four metal traces, respectively 5a ', 5a', 5b, 5c and 7a, 7b, 7c 'and 7c ", the two lateral traces of each sensor located at the ends, 5a 'and 5a "on the one hand and 7c', 7c" on the other hand, being connected so as to form two superposed H which can be shunted according to the number of pairs of rotor poles and, consequently, the desired angulation between two adjacent sensors.
- the sensors in pairs, an angular difference of 20 °.
- the lateral traces of the sensors located at the ends are shunted so that it is the distal traces 5a 'and 7c "(that is to say the traces farthest from the central sensor 6) which are connected.
- the sensors in the case of a rotor having eight pairs of poles, the sensors have, in pairs, an angular difference of 15 °.
- the lateral traces of the sensors located at the ends are shunted so that it is the proximal traces 5a "and 7c '(that is to say, the traces closest to the central sensor 6) which are connected.
- the metal traces from the sensors 5, 6, 7, namely, the pooled feed trace 8, the pooled trace of the mass 9 and the traces of the measurements 5b, 6b and 7b, and the metal traces from the feed by brushes namely 3a, 4a, are configured to be connected to the rotor control electronics.
- the metal traces from the sensors 5, 6, 7, namely, the pooled feed trace 8, the trace mutualized mass 9 and the traces of the measurements 5b, 6b and 7b, and the metal traces from the brush feed 3a, 4a are configured to allow their connection with the electronic control board by welding, said traces metal being then provided with bent pins (not shown).
- the welding can be performed by laser welding or tin welding.
- This preferred embodiment allows easy disconnection of the brush holder part or the sensor holder part of the electronics of the machine, and this independently of one another, which is advantageous when, for example when maintenance operations, only one of the parts must be changed, thus allowing a reduction of costs.
- said metal traces are provided with automotive connectors overmolded in a male connector adapted to cooperate with a female connector which is provided with the control electronics, these connectors ensuring the sealing of the connection between said metal traces and said control electronics.
- connection between the metal traces from the sensors and the brush supply and the control electronics is achieved by screwing the sensor housing and the brush holder housing with the housing which is equipped with the control electronics, the connection then being made via contact pins which are provided with said metal traces.
- the brush holders 1A and sensor holder 2A are made of plastic and can be assembled by any suitable means known or made in one piece.
- the sensor holder device, brush holder according to the invention is fixed, for example by screwing, to the housing of the electric machine.
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Abstract
Dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques caractérisé en ce qu'il comprend une partie porte balais (1) configurée pour assurer la fonction d'alimentation en énergie électrique d'un rotor de machines électrique; une partie porte capteurs (2) configurée pour assurer la fonction de mesure de la position dudit rotor.
Description
Dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriq
courant continu.
La présente invention concerne un dispositif porte balais, porte capteurs, pour rotor de machines électriques, et plus particulièrement pour rotor de machines électriques comportant un contrôle en couple.
Les machines électriques, connues sous le nom d'e-machines, comportent une électronique intégrée de plus en plus puissante et qui est, par conséquent, de plus en plus volumineuse. Cela pose un problème de manque d'espace libre à l'arrière des machines en raison de l'espace utilisé pour l'électronique de puissance et le contrôle de cette électronique.
En effet, les machines avec des balais ont pour fonction principale de fournir le rotor en alimentation électrique par lesdits balais. Cette fonction est réalisée généralement par un porte-balais (ou par un régulateur de porte-balais pour les alternateurs classiques).
De plus, une autre fonction principale qui doit être remplie par de telles machines est la mesure de la position du rotor. En outre, avec les machines électriques, le contrôle de la machine est réalisé par une régulation de couple. Ainsi, afin d'avoir une bonne précision de ce couple il est nécessaire d'avoir une bonne précision sur la position du rotor.
Il est connu d'effectuer cette mesure par l'utilisation de trois capteurs à effet Hall placés dans une unité de capteur et connectés à un onduleur ou directement à un module de commande, par exemple pour les générateurs de démarrage intégré. L'inconvénient de ces dispositifs est qu'ils sont volumineux, qu'ils nécessitent des connexions multiples également volumineuses et doivent être adaptés en fonction du nombre de paires de pôles du rotor.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif compact permettant à la fois d'alimenter le rotor électriquement et de mesurer avec
précision la position dudit rotor, et ceci indépendamment du nombre de paires de pôles de ce dernier.
Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques remarquable en ce qu'il comprend : - une partie porte balais configurée pour assurer la fonction d'alimentation en énergie électrique d'un rotor de machines électrique ;
- une partie porte capteurs configurée pour assurer la fonction de mesure de la position dudit rotor.
Le dispositif selon l'invention présente l'avantage d'être compact, et permet, à lui seul, d'alimenter le rotor et de mesurer la position de ce dernier.
Selon un exemple de réalisation préféré : la partie porte balais comporte un boîtier comprenant deux balais muni, chacun, d'une trace métallique constituant le routage pour la connexion desdits balais avec l'électronique de contrôle de la machine électrique pour assurer l'alimentation en énergie électrique du rotor de ladite machine ; et la partie porte capteurs est constituée par un boîtier comprenant trois capteurs à effet Hall, chaque capteur étant muni d'au moins trois traces métalliques correspondant à, une alimentation, une mesure et une masse, et constituant un réseau de pliage définissant le routage pour la connexion desdits capteurs avec l'électronique de contrôle de la machine électrique, lesdits capteurs étant encore solidaires du palier fixe du rotor et coopérant avec un encodeur magnétique solidaire dudit rotor de sorte à permettre la mesure de la position du rotor. Selon un exemple de réalisation préféré et avantageux, les capteurs situés aux extrémités présentent, chacun, quatre traces métalliques, les deux traces latérales de chaque capteur situé aux extrémités étant raccordées de sorte à former deux H superposés pouvant être court circuités ou shuntés selon un terme technique anglo saxon bien connu de l'homme du métier. Les deux
mots « shunter » ou « court circuiter » sont synonymes et sont utilisés indifféremment dans le reste de la description.
Ces configurations permettent une angulation variable entre deux capteurs adjacents, en fonction du nombre de paires de pôles du rotor. Cette disposition caractéristique a pour avantage de fournir un dispositif compatible avec plusieurs configurations de rotor, en fonction du nombre de paire de pôles de ce dernier.
Selon un exemple de réalisation avantageux, les alimentations et les masses des trois capteurs sont mutualisées de sorte à ne former qu'une seule trace métallique pour l'alimentation et une seule trace métallique pour la masse avant la connexion avec l'électronique de contrôle.
Selon un exemple d'exécution avantageux, les capteurs à effet Hall adjacents sont décalés angulairement, ce décalage angulaire variant en fonction du nombre de paire de pôles du rotor. Selon un exemple de réalisation avantageux, ce décalage angulaire est compris entre 15° et 20°.
Selon un exemple de réalisation avantageux, les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais sont configurées pour être connectées à l'électronique de contrôle du rotor. Selon un premier exemple de réalisation, les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais sont configurées pour permettre leur connexion avec l'électronique de contrôle par soudage, lesdites traces métalliques étant alors munies de broches coudées.
Cette configuration procure l'avantage de fournir un dispositif le plus compact possible tout en permettant de déconnecter la partie porte balais ou la partie porte capteurs de l'électronique de contrôle, indépendamment l'une de l'autre. Par exemple lors d'opérations de maintenance.
Selon un autre exemple de réalisation, lesdites traces métalliques sont munies de connecteurs automobiles surmoulées dans un connecteur mâle aptes à coopérer avec un connecteur femelle dont est munie l'électronique de contrôle, ces connecteurs garantissant l'étanchéité de la connexion entre lesdites traces métalliques et ladite électronique de contrôle.
Selon encore un autre exemple de réalisation, la connexion entre les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais et l'électronique de contrôle est réalisée par vissage du boîtier porte-capteur et du boîtier porte-balais avec le logement dont est munie l'électronique de commande, la connexion étant alors réalisée par l'intermédiaire de broches de contact dont sont munies lesdites traces métalliques.
Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description détaillée qui suit et des dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est en perspective du dispositif porte balais, porte capteurs, selon l'invention.
La figure 2 est une vue en perspective de la grille de connexion du dispositif de l'invention.
La figure 3 est une vue en plan d'un second exemple de réalisation de la grille de connexion capteurs, pour l'utilisation sur un rotor présentant six paires de pôles.
La figure 4 est une vue en plan d'un premier exemple de réalisation de la grille de connexion capteurs, pour l'utilisation sur un rotor présentant huit paires de pôles. On se réfère auxdits dessins pour décrire des exemples intéressants quoique nullement limitatifs, de réalisation du dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques à courant continu, selon l'invention.
Le dispositif selon l'invention comprend
- une partie porte balais 1 configurée pour assurer la fonction d'alimentation en énergie électrique d'un rotor de machines électrique ;
- une partie porte capteurs 2 configurée pour assurer la fonction de mesure de la position dudit rotor. Selon le mode d'exécution représenté, la partie porte balais 1 est constituée par un boîtier 1A renfermant deux balais 3,4 (connus en soi).
Chaque balai 3, 4 est muni, d'une trace métallique, respectivement 3a, 4a, constituant le routage pour la connexion desdits balais avec l'électronique de contrôle de la machine électrique pour assurer l'alimentation en énergie électrique du rotor de ladite machine par l'intermédiaire de bagues collectrices (non représentées).
Par exemple, l'électronique de contrôle est constituée par une carte électronique connue en soi (non représentée).
De manière connue en soi, la position du rotor est mesurée à l'aide de trois capteurs à effet Hall 5, 6, 7, solidaires du palier fixe du rotor. Ces capteurs coopèrent avec un encodeur magnétique, par exemple constitué par un aimant annulaire, solidaire du rotor.
Chaque capteur comprend au moins trois traces métalliques correspondant à une alimentation (5a, 6a, 7a), une mesure (5b, 6b, 7b) et une masse (5c, 6c, 7c), constituant le routage pour la connexion desdits capteurs avec la carte électronique de contrôle de la machine électrique.
Avantageusement, les alimentations 5a, 6a, 7a et les masses 5c, 6c, 7c des trois capteurs 5, 6, 7 sont mutualisées de sorte à ne former qu'une seule trace métallique 8 pour l'alimentation et une seule trace métallique 9 pour la masse avant la connexion avec la carte électronique de contrôle.
De préférence et avantageusement, les capteurs à effet Hall 5, 6, 7 sont disposés les uns à coté des autres et deux capteurs adjacents sont décalés d'un angle a, ce décalage angulaire est compris entre 15° et 20°.
De manière avantageuse, les traces 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c des capteurs 5, 6, 7 définissent un réseau de pliage permettant une angulation différente en fonction du nombre de paires de pôles du rotor.
Avantageusement, les capteurs situés aux extrémités 5, 7 présentent, chacun, quatre traces métalliques, respectivement 5a', 5a", 5b, 5c et 7a, 7b, 7c' et 7c", les deux traces latérales de chaque capteur situé aux extrémités, 5a' et 5a" d'une part et 7c', 7c" d'autre part, étant raccordées de sorte à former deux H superposés pouvant être shuntés selon le nombre de paires de pôles du rotor et, par conséquent, l'angulation désirée entre deux capteurs adjacents. Ainsi, selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 3, dans le cas d'un rotor présentant six paires de pôles, les capteurs présentent, deux à deux, un écart angulaire de 20°. Pour cela, les traces latérales des capteurs situés aux extrémités sont shuntées de sorte que ce sont les traces distales 5a' et 7c" (c'est-à-dire les traces les plus éloignées du capteur central 6) qui sont connectées.
De même, selon l'exemple de réalisation représenté à la figure 4, dans le cas d'un rotor présentant huit paires de pôles, les capteurs présentent, deux à deux, un écart angulaire de 15°. Pour cela, les traces latérales des capteurs situés aux extrémités sont shuntées de sorte que ce sont les traces proximales 5a" et 7c' (c'est-à-dire les traces les plus rapprochées du capteur central 6) qui sont connectées.
De la sorte, une seule et même grille de routage peut servir pour deux configurations de rotor différentes.
Les traces métalliques issues des capteurs 5, 6, 7, à savoir, la trace mutualisée d'alimentation 8, la trace mutualisée de la masse 9 et les traces des mesures 5b, 6b et 7b, et les traces métalliques issues de l'alimentation par balais à savoir 3a, 4a, sont configurées pour être connectées à l'électronique de contrôle du rotor.
De préférence et avantageusement, les traces métalliques issues des capteurs 5, 6, 7, à savoir, la trace mutualisée d'alimentation 8, la trace
mutualisée de la masse 9 et les traces des mesures 5b, 6b et 7b, et les traces métalliques issues de l'alimentation par balais à savoir 3a, 4a, sont configurées pour permettre leur connexion avec la carte électronique de contrôle par soudage, lesdites traces métalliques étant alors munies de broches coudées (non représentées). La soudure peut être réalisée par soudage au laser ou par soudage étain.
Ce mode de réalisation préconisé permet la déconnexion aisée de la partie porte balais ou de la partie porte capteurs de l'électronique de la machine, et ceci indépendamment l'une de l'autre, ce qui est avantageux lorsque, par exemple lors d'opérations de maintenance, seule l'une des parties doit être changée, permettant ainsi une réduction des coûts.
Selon un autre exemple de réalisation, lesdites traces métalliques sont munies de connecteurs automobiles surmoulées dans un connecteur mâle aptes à coopérer avec un connecteur femelle dont est munie l'électronique de contrôle, ces connecteurs garantissant l'étanchéité de la connexion entre lesdites traces métalliques et ladite électronique de contrôle.
Selon encore un autre exemple de réalisation, la connexion entre les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais et l'électronique de contrôle est réalisée par vissage du boîtier porte-capteur et du boîtier porte-balais avec le logement dont est munie l'électronique de commande, la connexion étant alors réalisée par l'intermédiaire de broches de contact dont sont munies lesdites traces métalliques.
Les boîtiers porte balais 1A et porte capteurs 2A sont exécutés en matière plastique est peuvent être assemblés par tout moyen approprié connu ou réalisés en une seule pièce.
Le dispositif porte capteurs, porte balais selon l'invention est fixé, par exemple par vissage, au carter de la machine électrique.
Claims
REVENDICATIONS
Dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques caractérisé en ce qu'il comprend :
- une partie porte balais (1 ) configurée pour assurer la fonction d'alimentation en énergie électrique d'un rotor de machines électrique ;
- une partie porte capteurs (2) configurée pour assurer la fonction de mesure de la position dudit rotor.
Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que :
- la partie porte balais (1 ) comporte un boîtier (1A) comprenant deux balais (3, 4) muni, chacun, d'une trace métallique (3a, 4a) constituant le routage pour la connexion desdits balais avec l'électronique de contrôle de la machine électrique pour assurer l'alimentation en énergie électrique du rotor de ladite machine ; et
- la partie porte capteurs (2) est constituée par un boîtier (2A) comprenant trois capteurs à effet Hall (5, 6, 7), chaque capteur étant muni d'au moins trois traces métalliques correspondant à, une alimentation (5a, 6a, 7a), une mesure (5b, 6b, 7b) et une masse (5c, 6c, 7c), et constituant un réseau de pliage définissant le routage pour la connexion desdits capteurs avec l'électronique de contrôle de la machine électrique, lesdits capteurs étant encore solidaires du palier fixe du rotor et coopérant avec un encodeur magnétique solidaire dudit rotor de sorte à permettre la mesure de la position du rotor.
Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs situés aux extrémités (5, 7) présentent, chacun, quatre traces métalliques (5a', 5a", 5b, 5c, 7a, 7b, 7c', 7c"), les deux traces latérales (5a', 5a" et 7c', 7c") de chaque capteur situé aux extrémités étant raccordées de sorte à former deux H superposés pouvant être shuntés.
Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les alimentations (5a, 6a, 7a) et les masses (5c, 6c, 7c) des trois capteurs sont mutualisées de sorte à ne former qu'une seule trace métallique (8)
pour l'alimentation et une seule trace métallique (9) pour la masse avant la connexion avec l'électronique de contrôle.
Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les capteurs à effet Hall adjacents sont décalés angulairement, ce décalage angulaire variant en fonction du nombre de paire de pôles du rotor.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ce décalage angulaire (a) est compris entre 15° et 20°.
Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les traces métalliques issues des capteurs (5b, 6b, 7b, 8, 9) et les traces métalliques issues de l'alimentation par balais (3a, 4a) sont configurées pour être connectées à l'électronique de contrôle du rotor.
Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais sont configurées pour permettre leur connexion avec l'électronique de contrôle par soudage, lesdites traces métalliques étant alors munies de broches coudées.
Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites traces métalliques sont munies de connecteurs automobiles surmoulées dans un connecteur mâle aptes à coopérer avec un connecteur femelle dont est munie l'électronique de contrôle, ces connecteurs garantissant l'étanchéité de la connexion entre lesdites traces métalliques et ladite électronique de contrôle.
10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la connexion entre les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais et l'électronique de contrôle est réalisée par vissage du boîtier porte-capteur et du boîtier porte-balais avec le logement dont est munie l'électronique de commande, la connexion étant alors réalisée par
l'intermédiaire de broches de contact dont sont munies lesdites traces métalliques.
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