Brevet FR2660124A2 — publié le 19910927

FR 2660124 A2 19910927 FR 9003826 A 19900326 La présente invention concerne les moteurs électriques à commutation électronique et vise plus particulièrement la structure de ces derniers. Comme on le sait, les moteurs à commutation électronique se composent, entre autres, d'un carter qui contient un induit bobiné et d'où sort un arbre. Les moyens de commutation de cet induit au lieu d'être constitués par un dispositif électromécanique fait d'un collecteur et de balais sont, dans ce cas, un dispositif électronique avec un module de commande. Ce type de moteurs pose habituellement un délicat problème de fabrication, de construction et d'assemblage. En effet, il faut d'une part, procéder à la confection des bobinages qui doivent être logés dans des évidements de l'induit puis il faut assurer la jonction des bouts des fils des bobinages de cet induit avec le circuit électronique du module de commande et, enfin, il faut pouvoir dissiper la chaleur des composants de puissance du circuit électronique du module de commande. Pour assurer la jonction des bouts des fils des bobinages avec le circuit électronique du module de commande on procède, habituellement, par soudage des bouts de fil à des cosses qui sont associées au circuit électronique. La plupart du temps, compte-tenu de la configuration de la structure du moteur, un tel soudage ne peut être fait que manuellement. Dans des moteurs relativement classiques à montage en étoile, il faut procéder à de nombreuses soudures puisque les bobinages de l'induit sont multiples et que chaque bobinage nécessite deux soudures. Une telle opération, qu'il est tout particulièrement difficile d'automatiser, n'est habituellement faite que manuellement; elle nécessite donc une très grande agilité et demande du temps. De plus, quelle que soit l'habileté de l'opérateur, les soudures sont sujettes à des défauts de contact.Par exemple, ces soudures peuvent être dites "sèches", c'est-à-dire que le décapant du flux de soudure isole en fait le fil de la cosse au lieu d'assurer la continuité électrique. Pour résoudre un autre aspect du problème, on utilise souvent pour le dispositif électronique un substrat isolant qui porte un circuit imprimé conducteur sur lequel sont posés, fixés et connectés les composants du circuit électronique du module de commande. Un tel substrat, après avoir été équipé, est habituellement placé à proximité d'un des flasques d'extrémité du carter du moteur et, de préférence, au voisinage de sa face interne.Toutefois, ce circuit comportant des composants de puissance qu'il faut refroidir afin d'éviter leur échauffement qui serait destructeur, on fait en sorte que le substrat isolant est transpercé d'orifices et que les composants de puissance sont fixés directement sur le flasque du moteur, au travers de ses orifices, afin que ce dernier de par sa masse et de-par sa nature métallique serve de radiateur pour évacuer les calories produites dans les composants de puissance au cours du fonctionnement. Le fait d'avoir à scinder le circuit électronique de manière que certains de ces composants ne soient plus sur le substrat lui-même mais montés directement sur un flasque impose des opérations supplémentaires de mise en place, de fixation et ensuite de raccordement électrique par soudage de ces composants au circuit imprimé du substrat.On imagine facilement que ceci complique aussi les opérations de montage et d'assemblage et est aussi sources de malfaçons. Un autre aspect des difficultés est lié à la confection des bobinages de l'induit lorsqu'on désire procéder automatiquement et que les évidements de l'induit ne permettent pas de préfabriquer ces bobinages pour qu'ils aient seulement à y être déposés. Dans un tel cas, en particulier si l'on veut pouvoir procéder mécaniquement ou automatiquement, il faut faire appel à une enrouleuse munie d'un bras articulé tournant autour d'un axe qui est aliment en fil par un dévidoir qui le prélève dans une réserve. Ce bras décrit une trajectoire relativement complexe pour, au fur et à mesure du déroulement du fil, le conformer en boucles qui sont successivement déposées dans les évidements.Pour pouvoir opérer de la sorte, il faut donc que l'induit soit relativement bien dégagé de manière à ne pas entraver la course du bras articulé tournant, en particulier par la présence de contacteurs qui recevront les bouts des fils de chaque bobinage. Une technique qui permet de résoudre certaines des difficultés énumérées précedemment est, par exemple, exposée dans le document FR 89-11 771 déposé le 8 septembre 1989 au nom de la Demanderesse. Toutefois, la technique qui y est exposée ne permet pas de procéder à un bobinage, à une connection puis à un assemblage automatiques. Le but de l'invention est de remédier pratiquement à l'ensemble de ces difficultés grâce à un moteur à commutation électronique à structure améliorée. L'invention a pour objet un moteur à commutation électronique constitué, entre autres, d'un carter avec un corps, des flasques destinés à recevoir au moins un palier, d'un arbre monté dans le ou les paliers, d'un induit avec des bobinages, de moyens de commutation avec un connecteur constitué d'un support isolant destiné à être porté par l'induit et de contacteurs conducteurs muni de cosses pour recevoir les bouts des fils des bobinages de l'induit et de plots destinés à venir au contact chacun de contre-plots correspondants d'un circuit imprimé, et avec un module de commande fait d'un substrat isolant qui porte ce circuit imprimé destiné à recevoir des composants y compris ceux de puissance de circuits électroniques et qui est directement appliqué et maintenu en contact intime contre la face intérieure d'un flasque. Ce moteur est caractérisé en ce que ce support isolant est monté sur cet arbre, en ce que ce support isolant et cet arbre sont munis d'un détrompeur qui n'autorise qu'une seule orientation relative en rotation et fixe cette dernière tout en permettant un coulissement axial relatif de ces support isolant et arbre, et en ce que ce coulissement axial relatif est possible au moins jusqu'à la fin de l'opération de fixation des bouts des fils des bobinages aux cosses. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description et des revendications qui suivent ainsi qu'à l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où - la Figure 1 est une vue partielle relativement éclatée d'un mode de réalisation d'un moteur selon l'invention; - la Figure 2 est une vue perspective partielle analogue à celle de la Figure 1 illustrant la phase de confection automatique des bobinages de l'induit; - la Figure 3 est une vue partielle de l'induit bobinages terminés; - la figure 4 est une vue perspective de l'induit terminé prêt à être réuni au flasque de la figure 5; - la Figure 5 est une vue perspective partielle d'un flasque équipé de son module de commande; - la figure 6 est une coupe méridienne axiale d'un moteur selon l'invention; et - la Figure 7 est une vue de détail partielle en coupe d'un connecteur selon l'invention. Les moteurs à commutation électronique étant bien connus dans la technique, seul sera décrit ce qui concerne directement ou indirectement l'invention. Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un mê- me numéro de référence pour identifier un élément homologue quel que soit le mode de réalisation. Comme on le voit en examinant les figures, un moteur à commutation électronique suivant l'invention comprend, entre autres, un carter 10, un arbre 20, un induit bobiné 30 associé à cet arbre, des moyens de commutation 40. Ce moteur est aussi équipé d'un bornier 50 pour le relier à une source d'énergie électrique, comme il est classique, ainsi que d'un détrompeur 60 dont on comprendra par la suite le rôle. Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun de ces constituants d'un moteur à commutation électronique selon l'invention. Le carter 10 comprend un corps 11 approximativement cylindrique, et des flasques d'extrémité 12 relativement plans. L'un au moins de ces flasques porte un palier 13, par exemple à billes, dont un seul est dessiné, comme il est classique. Ce carter 10 reçoit l'arbre 20 et l'induit 30 bobiné. Cet arbre 20 est porté par le ou les paliers. Cet induit bobiné comprend des évidements 31 dans lesquels sont disposés des bobinages 32 faits d'un fil 320 dont les deux bouts 321 doivent être reliés à des cosses. Ceci est relativement classique. Dans le mode de réalisation particulier représenté, l'arbre et l'induit bobiné sont fixes alors qu'une partie de ce carter est, elle, mobile en rotation. Du fait de cette configuration, l'un des flasques n'est pas directement relié au corps de manière à pouvoir tourner avec un inducteur, par exemple des aimants permanents 110, qu'il porte; l'autre des flasques porte les moyens de commutation, l'induit et l'arbre et reste immobile, fixé qu'il est par exemple à l'aide de boulons, non dessinés, engagés dans des trous 130. Les moyens de commutation 40 sont portés par l'un des flasques 12, ici par le flasque fixe auquel est aussi fixé le bornier 50. Comme on le voit, les moyens de commutation 40 comprennent un connecteur 41 et un module de commande 42. Le connecteur 41 comprend un support isolant 410 sur lequel sont placés des contacteurs 411 conducteurs. Chacun de ces contacteurs 411 comprend au moins une cosse 412 pour recevoir l'un des bouts 321 des fils 320 des bobinages 32 de l'induit, et un plot 413 destiné à venir au contact d'un contre-plot 413' correspondant du circuit imprimé pour assurer la continuité électrique, comme on le comprendra par la suite. Ce connecteur forme en quelque sorte une fiche à broches multiples. il est clair que plots et contre-plots peuvent être en totalité ou en partie, inversés ou permutés. Le module de commande 42 est fait d'un subs trat 420 isolant qui porte le dessin d'un circuit imprimé 421 conducteur destiné à recevoir des composants y compris les composants de puissance d'un circuit électronique 422. Comme on peut le voir, ce substrat 420 est appliqué directement contre la face intérieure 120 d'un flasque 12 et est maintenu en contact intime avec ce dernier de manière que le circuit imprimé et les composants soient apparents. Comme cela apparaît sur le schéma de la figure 2, lorsqu'on procède à la confection des bobinages 32 avec une enrouleuse E mécanique, par exemple robotisée, il faut que son bras B, articulé et tournant suivant un axe A, puisse suivre au moins deux évidements 31 successifs pour y déposer des spires de fil 320. Ce fil, est puisé dans une réserve R par un dévidoir D associé au bras B. Pour confectionner les bobinages, il faut donc que ce bras ne soit pas entravé dans sa course, en particulier par les contacteurs 411 qui recevront les bouts 321 du fil 320 auxquels ils seront soudés, brasés, sertis à chaud, ou raccordés électriquement de tout autre manière courante classique. Pour permettre ce dégagement, au moins momentané, de l'induit 30 et faciliter la confection automatique des bobinages 32, on utilise un connecteur 41 qui comprend un support isolant 410 en couronne qui est enfilé sur l'arbre 20 de manière à pouvoir y coulisser sans pour autant pouvoir tourner par rapport à ce dernier. Pour ce faire, on utilise un détrompeur 60 qui n'autorise qu'une seule orientation relative en rotation et fixe cette dernière tout en permettant un coulissement axial relatif de ces support isolant 410 et arbre 20. Ce détrompeur assure donc une mise en repérage biunivoque des contacteurs avec des bobinages particuliers et aussi un repérage qui permettra ultérieurement la mise en correspondance correcte des plots 413 et contre-plots 413'. Ce détrompeur 60 est fait d'éléments mâles 62 et d'éléments femelles 61 complémentaires, par exemple du type rainure-languette.Dans le mode de réalisation illustré, la rainure est pratiquée sur l'arbre 20 par exemple sous la forme d'une saignée périphérique axiale alors que la languette est portée par le support isolant 410 en couronne, par exemple sous la forme d'une protubérance saillante radiale à la périphérie intérieure et dont le profil de la section droite est complémentaire de celui de celle de cette saignée. Il est clair que cette configuration du détrompeur n'est pas la seule utilisable. Ce détrompeur peut utiliser le nombre de paires de poles du moteur, leurs symétries éventuelles pour en tirer partie afin, par exemple, de ne pas se servir d'une répartition uniforme des plots et contre-plots ou d'une distribution régulière des plots et contre-plots males et femelles. Comme on peut l'observer, le support isolant 410 a la configuration d'une couronne dans laquelle sont ménagés des alvéoles 4100 axiaux débouchant sur l'une au moins des faces et destinés à recevoir ces contacteurs 411. Comme on peut le noter, ces contacteurs 411 se présentent sous la forme de lamelles en étrier 4110 avec un plancher 4111 reliant des branches 4112 latérales. L'une de ces branches 4112 est pliée vers l'extérieur en une gouttière 4121 pour constituer une cosse 412. L'autre de ces branches 4112 est retournée vers l'extérieur pour former un chenal 4132 en U étroit pour constituer un plot 413. Comme on le voit, ces lamelles en étrier sont associées au support isolant de manière que le chenal soit engagé dans un alvéole, que le plancher chevauche la face de la couronne où débouche cet alvéole, entre celui-ci et la périphérie extérieure de cette couronne, et de manière que la gouttière repose localement contre cette périphérie. Comme on le relève, afin que le plot 413 associé au support isolant 410 ne puisse pas s en séparer, on munit l'une au moins des branches 4112 en vis-à-vis des lamelles en étrier, d'au moins une patte d'accrochage 4131 dirigée vers le plancher 4111. Ainsi comme on le comprend facilement, lorsque le chenal d'une lamelle est engagé dans un alvéole, cette patte joue un rôle similaire à celui d'un ardillon d'hame çon. Dans le mode de réalisation illustré, les contre-plots 413' sont des lames 4130' qui sont portées par un anneau 414 isolant dans lequel elles sont insérées. Ces contre-plots 413' sont engagés dans des logements 4140 répartis dans cet anneau, de manière à présenter une extrémité 4131' apparente qui est destinée à pouvoir être engagée dans un chenal 4132 et de manière à présenter une autre extrémité 4132' qui est destinée à constituer une jonction avec le circuit imprimé 421. Ici encore, ces lames 4130' sont munies d'au moins une patte d'accrochage 4131 destinée à coopérer avec le logement et à jouer un rôle similaire à celui d'un ardillon d'hameçon pour interdire toute sortie de la lame de son logement. Comme on peut l'observer, l'extrémité libre 4131' est aussi pourvue d'un bec 4133' destiné à coopérer avec le chenal 4132 complémentaire pour rendre indéflectible leur engagement une fois leur embrochage mutuel fait. Il est clair qu'un tel mode de réalisation n'est pas le seul possible. Au lieu d'engager ces lamelles dans des alvéoles ou ces lames dans des logements, on peut surmouler ces lamelle et lames dans des résines appropriées aux caractéri-stiques mécaniques, électriques et thermiques adaptées pour confectionner le support isolant en couronne et/ou l'anneau. Comme on le comprend le connecteur selon ce mode de réalisation joue donc le rôle d'une interface entre les points d'accrochage des fils des bobinages lors de la procédure de bobinage, et le circuit électronique tout en garantissant une liaison électrique, un repérage angulaire des entrées et sorties des bobinages par rapport au circuit électronique du fait de l'existence du détrompeur qui autorise un déplacement axial, au moins momentané, du support isolant pour permettre les déplacements du bras d'une enrouleuse. Grâce à l'invention, il est possible de fabriquer industriellement et automatiquement un moteur selon l'invention. De par l'existence du détrompeur, il est aussi possible d'assurer une mise en registredes flans de tôle de l'induit pour favoriser leur empilage correct, bien orienté. Le support isolant est mis en place et maintenu initialement à l'écart du paquet de tôles lors de la confection des bobinages. Lorsque ces derniers sont terminés, les extrémités du fil de chacun d'eux sont reliées électriquement aux cosses par soudage, par exemple avec un flux d'étain, un soudage électrique ou de toute autre manière. Puis le support isolant est repoussé contre les tôles de l'induit afin de réduire l'encombrement de l'ensemble. La solution suivant l'invention permet d'utiliser un arbre dont la longueur de la partie saillante ne dépasse pas la moitié, environ, de son diamètre exté rieur alors que pour les moteurs traditionnels cette longueur excède habituellement une fois et demie environ ce diamètre. il suffit alors d'approcher l'induit bobiné du module de commande équipé de ses contre-plots en utilisant toujours le détrompeur ceci permet aux plots et contre-plots de s'aligner et de s'engager les uns dans les autres d'une manière unique, et sans hésitation possible grâce au rôle joué par le détrompeur. On saisit donc que cette dernière opération peut aussi être réalisée automatiquement à l'aide d'un robot ou d'un automate programmable. On perçoit donc tout l'intérêt que présente un moteur à commutation électronique suivant l'invention puisqu'il permet une fabrication industrielle grandement automatisée. Un moteur à commutation électronique à structure améliorée selon l'invention convient particulièrement bien aux ventilateurs du type de ceux utilisés par exemple dans les automobiles. Dans un tel cas, le carter avec son corps sont constitués par un "bol" associé à l'hélice du ventilateur qui vient coiffer le rotor du moteur. Cette hélice est emmanchée sur l'arbre qui sert à la solidarisation de l'ensemble. REVENDICATIONS 1 - Moteur à commutation électronique notamment selon la revendication principale de la demande de base constitué, entre autre1 d'un carter (10) avec un corps (11), des flasques (12) destinés à recevoir au moins un palier (13), d'un arbre (20) monté dans le ou les paliers, d'un induit bobiné (30), de moyens de commutation (40) avec un connecteur (41) constitué d'un support isolant (410) destiné à être porté par l'induit (30) et de contacteurs (411) conducteurs munis de cosses (412) pour recevoir les bouts (321) des fils (320) des bobinages (32) de l'induit (30) et de plots (413) destinés à venir au contact chacun de contre-plots (413') correspondants d'un circuit imprimé et avec un module de commande (42) fait d'un substrat (420) isolant qui porte ce circuit imprimé (421) destiné à recevoir des composants y compris ceux de puissance de circuits électroniques (422) et qui est directement appliqué et maintenu en contact intime contre la face intérieure d'un flasque (12), caractérisé en ce que ce support isolant (410) est monté sur cet arbre (20), en ce que ce support isolant (410) et cet arbre (20) sont munis d'un détrompeur (60) qui n' autorise qu'une seule orientation en rotation et fixe cette dernière tout en permettant un coulissement axial relatif de ces support isolant (410) et arbre (20) et en ce que ce coulissement axial relatif est possible au moins jusqu'à la fin de l'opération de fixation des bouts (321) des fils (320) des bobinages (32) aux cosses (412). 2 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce détrompeur (60) assure aussi l'orientation relative en rotation de ces plots (413) et contre-plots (413'). 3 - Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ce détrompeur (60) est fait d'éléments males (62) et d'éléments femelles (61) complémentaires. 4 - Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ces éléments males (62) et femelles (61) sont du type rainure-languette. 5 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ce support isolant (410) est une couronne dans laquelle sont ménagés des alvéoles (4100) axiaux débouchant sur l'une au moins des faces et destinés à recevoir des contacteurs (411). 6 - Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les contacteurs (411) se présentent sous la forme de lamelles en étrier (4110) avec un plancher (4111) reliant des branches (4112), en ce que l'une de ces branches (4112) est pliée vers l'extérieur en gouttière (4121) pour constituer une cosse (412) et l'autre de ces branches (4112) est retournée vers l'extérieur pour former un chenal (4132) en U étroit pour constituer un plot (413). 7 - Moteur selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ces lamelles en étrier (4110) sont associées à ce support isolant (410) de manière que le chenal (4132) soit engagé dans un alvéole (4100), que le plancher (4111) chevauche la face de la couronne où débouche cet alvéole entre celui-ci et la périphérie extérieure de celle-ci, et que la gouttière (4121) repose localement contre cette périphérie. 8 - Moteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'une au moins des branches (4112) en vis-à-vis des lamelles en étrier (4110) est munie d'au moins une patte d'accrochage (4131) dirigée vers le plancher (411). 9 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les contreplots (413') sont des lames (4130'), en ce que ces lames (4130') sont portées par un anneau (414) isolant où elles sont insérées au moins partiellement dans des logements (4140) de manière à présenter une extrémité libre (4131') apparente destinée à pouvoir être engagée dans un chenal (4132) et une autre extrémité (4132') pour une jonction au circuit imprimé (421). 10 - Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que cette lame (4130') est munie d'au moins une patte d'accrochage (4131) destinée à coopérer avec ce logement (4140). Il - Moteur selon la revendication 9 ou 10r caractérisé en ce que cette extrémité libre (4131') est pourvue d'un bec (4133') destiné à coopérer avec ce chenal (4132) pour rendre indéflectible leur engagement.