WO2016193045A1 - Moteur electrique a commutation electronique et dispositif de pulsion d'air correspondant - Google Patents

Abstract

Un dispositif de pulsion d'air selon l'invention est notamment utilisé dans un système de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un véhicule automobile. Le dispositif de pulsion d'air comporte un moteur électrique (2) comportant un rotor (16) et un stator (14), monté autour d'un moyen support (10). Le stator est en contact avec ce moyen support, qui est un conducteur électrique connecté à la masse électrique.

Description

MOTEUR ELECTRIQUE A COMMUTATION ELECTRONIQUE ET DISPOSITIF

DE PULSION D'AIR CORRESPONDANT

La présente invention se rapporte au domaine des moteurs électriques, et 5 notamment à celui des moteurs à commutation électronique. Plus spécifiquement, elle concerne des dispositifs de pulsion d^'air dans des véhicules automobiles comportant de tels moteurs électriques.

Un dispositif de pulsion d'air équipé d'un moteur électrique selon l'invention est, par exemple, utilisé dans un système de ventilation, de chauffage et/ou de î o climatisation d'un véhicule automobile.

Les moteurs électriques à commutation électronique, ou moteurs à courant continu sans balai (connu également sous la dénomination anglaise de « brushless »), comportent un ensemble rotor et stator, chacun de ces composants étant porteur d'éléments électromagnétiques dont l^'interaction génère

15 le déplacement du rotor relativement au stator. Le rotor et le stator sont montés indépendamment l^'un de l^'autre dans ledit moteur, et il convient de s'assurer que le positionnement relatif de ces deux composants est correct pour un fonctionnement optimal du moteur. Par ailleurs, la commutation de courant dans les bobines du stator génère des champs électriques qui peuvent perturber le

20 fonctionnement d^'autres appareils électroniques disposés à proximité.

La présente invention s'inscrit dans ce contexte et elle vise à proposer un moteur électrique et un dispositif de pulsion d^'air associé qui permettent de limiter la propagation d'ondes électromagnétiques hors du dispositif de pulsion d^'air.

Par dispositif de pulsion d'air, on comprend un dispositif permettant 25 d'aspirer et/ou de souffler de l'air.

Le dispositif de pulsion d'air selon l^'invention est du type comportant une roue de ventilation entraînée en rotation par un arbre de sortie d^'un moteur électrique à commutation électronique, avec le moteur constitué d'au moins un rotor solidaire en rotation de l'arbre de sortie et adapté pour tourner autour d'un 30 stator. Le stator présente une forme annulaire avec une paroi centrale qui délimite le contour d'un alésage interne par lequel passe ledit arbre de sortie, et il comporte en outre une pluralité de dents agencées radialement en étoile depuis la face externe de ladite paroi centrale et portant chacune une bobine magnétique génératrice d'un champ électromagnétique, lesdites dents présentant à leur extrémité distale, à l'opposé de la paroi centrale, des plaques métalliques qui s'étendent sensiblement parallèlement à l^'axe de l^'arbre de sortie. Notamment, on 5 peut prévoir que chaque plaque métallique est agencée de manière à ce qu'une zone de passage pour l^'enroulement de la bobine soit formée entre deux plaques métalliques voisines. Le rotor, agencé autour du stator, est porteur d^'au moins un aimant permanent dont l^'interaction avec lesdites bobines alimentées en courant génère un mouvement de rotation du rotor autour du stator. î o Selon l^'invention, il est prévu que le stator, et notamment la face interne de la paroi centrale dudit stator, est en contact avec un moyen support autour duquel est monté le stator, ledit moyen support étant réalisé dans un matériau conducteur électriquement et connecté à la masse électrique.

Cet agencement permet la formation d'une enceinte conductrice reliée à la 15 masse électrique, et donc maintenue à un potentiel fixe, de manière à former un blindage apte à confiner des ondes électromagnétiques à l'intérieur du dispositif de pulsion d'air.

Selon une première série de caractéristiques, prises seules ou en combinaison, propres à la connexion électrique du stator sur le moyen support, on 20 pourra prévoir que :

- la face interne de la paroi centrale définissant ledit alésage interne présente au moins une nervure qui s^'étend radialement vers l'intérieur de l'alésage ;

- cette nervure présente deux faces latérales prolongeant chacune ladite 25 face interne de la paroi centrale et une face de contact apte à être au contact du moyen support ;

- la face de contact est incurvée de telle sorte que la courbure de la face de contact est définie par un cercle centré sur l'axe de l'alésage interne ;

- la au moins une nervure est prolongée, sensiblement en direction de l'axe 30 de l'alésage interne, par un ergot ;

- l'ergot peut notamment s^'étendre en saillie de la face de contact ; - la face interne de la paroi centrale définissant l'alésage centrai comporte au moins trois nervures disposées selon une répartition angulaire régulière ;

- l^'alésage interne du stator présente une forme tronconique, telle que l'alésage présente un plus grand diamètre à son extrémité tournée vers la platine

5 qu'à son extrémité tournée vers le rotor.

Avantageusement, il est prévu que le moyen support soit formé d^'une pièce unique comportant un fût et une platine, le fût, autour duquel est monté le stator, et dans lequel est monté à rotation ledit arbre de sortie solidaire du rotor, s'étendant en saillie de la platine disposée transversalement d^'un côté du stator î o opposé au côté dudit rotor. Le fait d'avoir une pièce unique qui serve de moyen support du stator et du rotor permet d'obtenir une bonne coaxialité entre le rotor et le stator, de sorte que l'on limite ainsi des risques de dysfonctionnement du moteur tels qu'une alternance de phases d'accélération et de phases de ralentissement.

15 On pourra prévoir dans ce contexte que l^'arbre de sortie dudit moteur est monté à rotation à l'intérieur du fût par l^'intermédiaire de roulements. Et la platine du moyen support pourra former un dissipateur thermique porteur d^'une carte électronique de commande, notamment de l^'alimentation des bobines du stator, la carte électronique de commande étant alors disposée sur la face de la platine

20 orientée à l'opposé du fût.

La présente invention concerne également un système de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un véhicule automobile comprenant au moins un dispositif de pulsion d'air conforme à ce qui vient d'être décrit précédemment.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 25 lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation qui va suivre et pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 est une représentation éclatée en perspective d^'un dispositif de pulsion d'air selon l'invention ;

- la figure 2 illustre schématiquement un dispositif de pulsion d'air 30 comportant selon l'invention des moyens de confinement radiaux des rayonnements électromagnétiques ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un stator équipant un moteur électrique dans un dispositif de pulsion d'air selon l'invention ; et

- la figure 4 est une vue partielle de dessus d^'un stator selon une variante de réalisation.

5 Un dispositif de pulsion d'air 1 , qui permet d'aspirer et/ou de souffler de l'air, comporte au moins un moteur électrique à commutation électronique 2, apte à entraîner en rotation une roue de ventilation 4, de type ici à ailettes 6, par l^'intermédiaire d^'un arbre de sortie 8 du moteur électrique. Le dispositif comporte en outre au moins un moyen support 10 intégrant plusieurs fonctions parmi î o lesquelles le support du moteur électrique 2, le refroidissement des composants dudit dispositif et le support d^'une carte électronique de commande 12 dudit moteur électrique.

Le moteur électrique comporte principalement un stator 14 inducteur et un rotor 1 6 induit, porteur de l^'arbre de sortie 8 apte à entraîner la roue de 15 ventilation 4. Le stator 14 est rendu solidaire du moyen support 10 du moteur, et le rotor 1 6 est agencé autour du stator 14 pour être entraîné en rotation sous l'effet des champs magnétiques générés par le bobinage et les aimants associés au rotor et au stator.

Tel que cela est visible sur la figure 3, le stator 14 présente une forme 20 annulaire avec une paroi centrale 18 qui délimite le contour d^'un alésage interne 20. La paroi centrale présente une face interne 22 tournée vers l'alésage interne et une face externe 24 prolongée par une pluralité de dents 26 agencées radialement en étoile.

L'alésage interne 20 du stator présente des parties distinctes par 25 modification du diamètre interne de la paroi centrale délimitant ledit alésage interne, des parties de plus grand diamètre s'étendant depuis les bords d'extrémités axiales de la paroi centrale jusqu'à un bord d^'épaulement 28 délimitant une partie centrale de l^'alésage interne de plus petit diamètre. Dans cette partie centrale, le stator présente au moins un bossage axial 30 disposé en 30 saillie de la face interne, ledit bossage étant percé axialement d^'un trou de fixation 32 tel qu^'il sera décrit ci-après. Les dents 26 sont formées par une paroi droite, dont une extrémité radiale proximale est solidaire de la paroi centrale 18 du stator 14 et dont une extrémité radiale distale libre est prolongée par une plaque 34 qui s^'étend sur toute la hauteur du stator et qui est plus large que la paroi droite, afin de former paroi de 5 butée pour le bobinage amené à être entouré autour de la paroi droite des dents.

Chaque plaque est recouverte à l^'opposé de la paroi droite par une superposition de différentes couches de tôle, collées les unes sur les autres.

Le stator 14 comporte un bobinage d^'excitation composé de plusieurs phases, comportant chacune au moins un enroulement de fil 36, dont les sorties î o sont raccordées électriquement à des moyens d'alimentation ici non représentés (seuls les moyens de raccordement 38 étant visibles sur la figure 3).

Dans un mode de réalisation particulier, le stator comporte douze dents bobinées en triphasé. L'enroulement de fil est réalisé autour des dents, chaque dent portant un élément de bobinage. Et tel qu^'illustré, les plaques 34 portées à 15 l'extrémité des dents et les couches métalliques qui y sont collées sont dimensionnées pour prévoir une zone de passage 40 entre elles apte à laisser la place nécessaire pour réaliser l^'enroulement du fil autour des dents.

Le rotor 16 présente une forme de cloche, avec une couronne annulaire 42 et une paroi de fermeture 44 disposée à une extrémité de ladite couronne. La 20 paroi de fermeture peut prendre une forme plane sensiblement perpendiculaire à l'axe de la couronne ou bien une forme incurvée en dégagement de la couronne, et elle porte en son centre l'arbre de sortie moteur 8.

La couronne 42 présente un diamètre supérieur au diamètre extérieur du stator, de sorte que le rotor peut venir en recouvrement du stator. La couronne 25 présente une face interne qui est tournée vers le stator dans cette position de recouvrement, et au moins un aimant permanent 46 est disposé sur cette face interne de la couronne du rotor.

Lorsque le moteur est assemblé, le stator 14 est disposé dans le corps du rotor 1 6 délimité par la couronne 42. Le rotor et le stator sont ainsi agencés pour 30 que l'aimant permanent 46 porté par le rotor 1 6 soit constamment disposé dans le champ magnétique généré par les bobines du stator 14 lorsque celles-ci sont alimentées en courant, de manière à générer un mouvement de rotation du rotor autour du stator.

Dans le dispositif de pulsion d^'air 1 comportant le moteur électrique 2 selon l'invention, le stator 14 et le rotor 1 6 sont agencés de sorte que la paroi de 5 fermeture 44 du rotor est tournée vers la roue de ventilation 4 et que le stator 14 est disposé en regard du moyen support 10.

Le moyen support 10 présente la forme d'une platine 48 et d^'un fût 50 disposé en saillie de la platine et présentant un canal interne 52 débouchant sensiblement au centre de la platine, et il est fixé par rapport à la structure du î o véhicule, ici par l'intermédiaire d'un bâti 54 illustré sur la figure 1 .

La platine 48 s^'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l^'axe de révolution du canal interne du fût 50. Le fût, sensiblement cylindrique, est apte à être logé dans l'alésage interne 20 du stator 14 et à recevoir l^'arbre de sortie moteur 8 solidaire du rotor 1 6, de sorte que l'on comprend que ce moyen

15 support 10 assure le positionnement correct du rotor 1 6 par rapport au stator 14.

On peut observer sur les figures 1 et 2 que le fût 50 et la platine 48 forment une pièce monobloc, étant entendu que le moyen support est monobloc dès lors que la séparation du fût et de la platine entraîne une destruction de l'un ou l'autre de ces composants. La platine 48 présente sur les figures une forme discoïdale mais on

20 comprend que celui-ci peut prendre d'autres formes, par exemple rectangulaire, carrée, elliptique, etc.

La platine 48 du moyen support forme un dissipateur thermique porteur d^'une carte électronique de commande 12, notamment de l'alimentation des bobines du stator. La carte électronique de commande est disposée sur la face de 25 la platine 48 orientée à l'opposé du fût 50.

De façon préférentielle, le moyen support 10 est en métal. Ainsi, la platine 48 faisant office de dissipateur thermique peut refroidir efficacement l^'organe électronique par conduction thermique. De plus, le fait que le moyen support soit réalisé en métal permet de bloquer des rayonnements 30 électromagnétiques émis par l'organe électronique, ces rayonnements pouvant perturber le fonctionnement du moteur électrique. En outre, le fait que le moyen support soit en métal permet de relier le stator 14 à la masse électrique par l'intermédiaire du moyen support 10, lui-même relié à la masse électrique de la carte électronique 12. Préférentiellement, le moyen support est en aluminium, de telle sorte que l'on associe pour cette pièce des caractéristiques de légèreté et de bonne conduction thermique. Tel que cela est notamment visible sur la figure 2, le stator 14 est fixé sur le moyen support 10 et le rotor 1 6 est agencé pour tourner autour du stator 14. Notamment, le stator est disposé autour du fût 50, en étant au contact de la face externe du fût, tandis que le rotor 1 6 est reçu, par l'intermédiaire de l'arbre de sortie 8 dont il est solidaire, dans le canal interne 52 du fût. L'alimentation électrique des fils de bobine crée des champs magnétiques 56, illustrés à titre d'exemple pour un enroulement autour d'une dent sur la figure 2, qui force la rotation du rotor entraîné sous l'effet de l'aimant permanent 46 qu'il porte. Il en résulte un entraînement de l'arbre de sortie 8 du moteur qui tel qu'illustré est porté par le rotor 1 6 et qui est monté à rotation à l^'intérieur du fût 50 du moyen support par l'intermédiaire de roulements.

Deux roulements 58, 59 sont insérés dans le canal interne 52 du fût 50 pour servir de guide de rotation à l^'arbre de sortie 8 du moteur entraîné par ailleurs en rotation par le rotor 1 6. Ces roulements peuvent être des roulements à billes, tel qu'illustré schématiquement, mais on comprendra qu^'ils pourraient prendre la forme de roulements à rouleaux, à aiguilles, ou autres.

La roue de ventilation 4 du dispositif de pulsion d'air 1 est rendu solidaire de l'extrémité libre de l'arbre de sortie 8 du moteur qui s'étend à l'opposé du stator 14 et du moyen support 10. et elle comporte, disposées à sa périphérie, une pluralité d'ailettes 6. La rotation du rotor entraîne en rotation la roue qui contribue à produire de l'air puisé par l^'intermédiaire des ailettes.

Il est particulièrement notable selon l'invention que le moteur électrique 2 formé par le rotor 1 6 et le stator 14 comporte en outre des moyens de confinement pour éviter la propagation des rayonnements électromagnétiques à l'extérieur du moteur et du dispositif de pulsion d'air. A cet effet, il convient de s'assurer que la tôle du stator 14 est en contact électrique avec le moyen support 10, et plus particulièrement que la face interne 22 de la paroi centrale 18 dudit stator est en contact avec le fût 50 agencé en saillie de la platine 48, étant entendu que la pièce monobloc formée par le fût 50 et la platine 48 est métallique et reliée à la masse électrique.

Sur les figures 3 et 4, on a illustré des moyens pour s'assurer de ce bon contact, ceci étant notamment obtenu par le fait que la face interne 22 de la paroi centrale 18 définissant l^'alésage interne 20 du stator 14 présente au moins une nervure 60 qui s^'étend radialement vers l'intérieur de cet alésage interne. Cette nervure 60 présente deux faces latérales 62 prolongeant chacune ladite face interne de la paroi centrale et une face de contact 64 apte à être au contact du fût du moyen support. La face de contact 64 est incurvée de telle sorte que la courbure de la face de contact est définie par un cercle centré sur l^'axe de l^'alésage interne. On peut prévoir que l^'alésage interne 20 du stator comporte trois de ces nervures 60, disposées selon une répartition angulaire régulière, à 120° dans ce cas. On crée ainsi un siège de section circulaire pour recevoir le fût cylindrique du moyen support. Afin d^'assurer encore plus efficacement le contact entre le stator 14 et le fût

50 du moyen support 10, il peut en outre être prévu de modifier avantageusement au moins une nervure 60, notamment pour la prolonger, sensiblement en direction de l'axe de l'alésage interne 20, par un ergot 66 qui s^'étend en saillie de la face de contact 64. Avantageusement, tel qu^'illustré, cet ergot 66 peut prendre la forme d'une pointe suffisamment rigide pour ne pas casser à l^'emmanchement du fût dans l^'alésage interne du stator, et chacune de ces nervures 60 peut porter un tel ergot 66.

Selon une variante non représentée, on pourra prévoir que l'alésage interne 20 du stator présente une forme tronconique, telle que l'alésage présente un plus grand diamètre à son extrémité tournée vers la platine 48 qu^'à son extrémité tournée vers le rotor, et que le profil externe du fût 50 du moyen support sur lequel vient s'emmancher le stator 14 présente également une forme tronconique. De la sorte, on s^'assure d^'un contact sur toute la périphérie du fût lors de l'emmanchement du stator sur le moyen support. On pourra également prévoir que le fût présente axialement deux tronçons distincts en ce qu'un premier tronçon, dans le prolongement direct de la platine, présente un diamètre externe plus important que le deuxième tronçon prolongeant le premier tronçon jusqu'à l'extrémité libre du fût. De la sorte, un épaulement est formé entre les deux tronçons et le stator peut venir prendre appui sur cet épaulement lorsqu'il est enfilé autour du fût. Un tel agencement est à combiner avec la présence des nervures 60, éventuellement équipées des ergots 66 décrits précédemment, pour assurer plusieurs zones de contact et assurer ainsi une bonne connexion électrique entre le moyen support et le stator.

La description qui précède vise à expliquer comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixés et notamment de proposer un dispositif de pulsion d'air qui confine les rayonnements électromagnétiques, par l'élaboration de moyens de confinement simples à fabriquer, simples à monter et particulièrement efficaces. Toutefois, l'invention n'est pas limitée aux seuls dispositifs de pulsion d'air conformes aux modes de réalisation explicitement décrits en regard des figures 1 à 4, étant entendu que des variantes de réalisation pourraient être mises en place sans sortir du contexte de l'invention, dès lors qu'un contact de la tôle du stator avec le moyen support relié à la masse électrique permet le confinement des rayonnements électromagnétiques.

Claims

REVENDICATIONS

1 . Dispositif de pulsion d'air comportant un moteur électrique (2) à commutation électronique, ledit moteur comportant un rotor (1 6) et un stator (14),

5 caractérisé en ce que le stator (14) est en contact avec un moyen support (10) du stator, ledit moyen support (10) étant un conducteur électrique relié à une masse électrique.

2. Dispositif de pulsion d'air selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit stator (14) présente une forme annulaire avec une paroi centrale (18) qui î o délimite le contour d^'un alésage interne (20) par lequel passe un arbre de sortie moteur (8).

3. Dispositif de pulsion d'air selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face interne (22) de la paroi centrale (18) définissant ledit alésage interne (20) présente au moins une nervure (60) qui s^'étend radialement vers l'intérieur de

15 l^'alésage.

4. Dispositif de pulsion d'air selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite au moins une nervure (60) présente deux faces latérales (62) prolongeant chacune ladite face interne (22) de la paroi centrale et une face de contact (64) apte à être au contact du moyen support (10).

20 5. Dispositif de pulsion d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite face de contact (64) est incurvée de telle sorte que la courbure de la face de contact est définie par un cercle centré sur l^'axe de l^'alésage interne (20).

6. Dispositif de pulsion d^'air selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la au moins une nervure (60) est prolongée, sensiblement

25 en direction de l^'axe de l^'alésage interne (20), par un ergot (66).

7. Dispositif de pulsion d'air selon la revendication 6, lorsqu^'elle dépend au moins des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'ergot (66) s'étend en saillie de la face de contact (64).

8. Dispositif de pulsion d'air selon l'une des revendications 3 à 7, 30 caractérisé en ce que ladite face interne (22) de la paroi centrale (18) définissant l'alésage interne (20) porte au moins trois nervures (60) disposées selon une répartition angulaire régulière.

9. Dispositif de pulsion d'air selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen support (10) est formé d'une pièce unique

5 comportant un fût (50), autour duquel est monté le stator (14), et une platine (48) disposée transversalement d'un côté du stator opposé au côté dudit rotor et en saillie de laquelle s'étend ledit fût (50).

10. Dispositif de pulsion d^'air selon la revendication précédente, lorsqu^'elle dépend au moins de la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre de sortie (8) î o dudit moteur est monté à rotation à l'intérieur du fût (50) par l'intermédiaire de roulements (58, 59).

1 1 . Dispositif de pulsion d^'air selon l^'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la platine (48) du moyen support (10) forme un dissipateur thermique porteur d'une carte électronique de commande (12), notamment de

15 l'alimentation des bobines du stator.

12. Dispositif de pulsion d'air selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la carte électronique de commande (12) est disposée sur la face de la platine (48) orientée à l'opposé du fût (50).

13. Dispositif de pulsion d'air selon l'une des revendications 1 1 ou 12, 20 caractérisé en ce que la platine (48) est connectée électriquement à la masse électrique de la carte électronique de commande (12).

14. Dispositif de pulsion d'air selon l^'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit stator comporte en outre une pluralité de dents (26) agencées radialement en étoile depuis la face externe (24) de ladite paroi centrale

25 (18) et portant chacune une bobine magnétique génératrice d'un champ électromagnétique, lesdites dents présentant à leur extrémité distale, à l'opposé de la paroi centrale, des plaques métalliques (34) qui s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de l'arbre de sortie.

15. Dispositif de pulsion d'air selon la revendication précédente, caractérisé 30 en ce que le rotor (16), agencé autour du stator (14), est porteur d'au moins un aimant permanent (46) dont l'interaction avec lesdites bobines alimentées en courant génère un mouvement de rotation du rotor autour du stator.

1 6. Système de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un véhicule automobile comprenant au moins un dispositif de pulsion d'air (1 ) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.