Brevet FR2678787A1 — publié le 19930108

La presente invention concerne les moteurs electriques a courant continu à commutation électroni- que et vise plus particulierement la structure de ces derniers Les moteurs à courant continu à commutation electronique se composent, entre autres, d'un carter qui contient un induit bobiné et d'o sort un arbre. Les moyens de commutation de cet induit au lieu d'être constitués classiquement par un dispositif électro- mécanique fait d'un collecteur et de balais sont, dans ce cas, un dispositif électronique avec un module de commande relié à l'induit fixe du stator. Ce type de moteur pose habituellement un délicat problème de fabrication, de construction et d'assemblage. En effet, il faut procéder à la confection des bobinages qui doivent être logés dans des évide- ments de linduit, 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 com- mande Une première source de difficulté est la confection des bobinages de l'induit lorsqu'on désire procéder automatiquement et directement sur l'induit. 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 des fils à des cosses qui sont associées direc- tement ou non au circuit électronique La plupart du temps, compte-tenu de la configuration de la struc- ture du moteur un tel soudage ne peut être fait que manuellement Ceci est d autant plus délicat que cha- que bobinage necessite en principe, deux soudures. Une telle opération, qu il est particulièrement diffi- cile d'automatiser, est une autre source de difficulté car elle nécessite une très grande agilité et demande du temps; et de telles soudures sont sujettes à des défauts de contact Une autre source de difficulté est liée à l'existence du dispositif électronique qui comprend, tres souvent, des composants de puissance qu'il faut refroidir afin d'éviter leur échauffement qui serait destructeur Ceci conduit souvent à scinder le circuit électronique de manière que certains de ses composants ne soient plus sur le substrat du circuit imprimé lui- même mais montés directement sur le carter pour dis- siper les calories et améliorer la ventilation On imagine facilement que ceci complique aussi les opéra- tions de montage et d'assemblage et est aussi source de malfaçons. Les documents FR 89 11 771, FR 90 03 826 et FR 90 11 702 offrent des solutions pour résoudre ce type de difficultés. Une autre source de difficulté est encore liée à la conception de la structure mécanique de ce type de moteur qui est généralement telle qu'il n'est pas possible de procéder automatiquement à son assem- blage et a son montage par des opérations simples et à cinématiques non complexes faciles à exécuter à l'aide de robots ou d'automates programmables, car les cons- tituants sont nombreux et de configurations compli- quees. Le but de l'invention est de permettre une automatisation pratiquement totale de la confection ainsi que de l'assemblage et du montage d'un tel mo- teur du fait que ceux-ci peuvent se faire à l'aide de cinematiques particulièrement simples qui n'exigent que des translations parallèles a l'axe de rotation du moteur Outre cette simplification et cette commo- dite la conception de cette structure permet d'utili- ser des moyens électriques d'alimentation et de com- mande portes par un circuit imprimé dont le substrat est dépourvu d'évidement central, ce qui augmente la surface utilisable pour I implantation de composants 1.0 et de pistes de liaison. En outre, grace à la structure selon l'in- vention, une seule opération permet d'assurer la liai- son électrique bobinages de l'induit-moyens d'alimen- tation et de commande L invention a pour objet une structure pour moteur électrique à courant continu à commutation électronique constitue, entre autres, d'un rotor à inducteur avec un arbre et au moins un palier et d'un stator à induit bobiné portant ce palier et des moyens électriques d'alimentation et de commande de l'induit bobine Cette structure est remarquable en ce qu'elle comprend un moyeu support avec des branches équipées d'éléments de fixation pour assujettir le stator et avec un fourreau creux qui est destiné à recevoir intérieurement et coaxialement ce palier et qui est muni en bout d'organes de retenue, un mandrin avec un tube pour recevoir extérieurement cet induit bobiné et qui est destiné à être monté sur ce fourreau et qui est pourvu d'une liaison en rotation et avec une cou- ronne radiale centripète qui est pourvue d'encoches qui sont destinées a coopérer avec ces organes de retenue, et un connecteur en forme de bague qui est destiné à être monté extérieurement sur ce tube du mandrin pour y être immobilisé en rotation par cette liaison et qui est pourvu d'alvéoles destinés à rece- voir des broches qui sont aptes à être mises en con- tact électrique, d'une part, avec l'induit bobiné et, d autre part avec les moyens électriques d'alimenta- tion et de commande. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description et des revendications qui suivent ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple o: la Figure 1 est une coupe méridienne partielle schématique d-un mode de réalisation d'un moteur à structure selon l'invention; la Figure 2 est une vue de côté du mode de réalisation de la Figure 1 avec des parties dans deux états différents d assemblage; la Figure 3 est une vue perspective de détail schématique d'un moyeu support de la structure de la Figure 1; la Figure 4 est une vue perspective de detail schématique d'un mandrin de la structure de la Figure 1; la Figure 5 est une vue perspective de détail schematique d'un connecteur de la structure de la Figure 1; les Figures 6 A, et 6 B sont des vues perspectives de détail schématiques de modes de réali- sation de broches simple (Figure 6 A) et double (Figure 6 B) de la structure de la Figure 1; et la Figure 7 est une vue perspective de détail schématique d'un plot de la structure de la Figure 1. Les moteurs électriques à courant continu à commutation électronique étant bien connus dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement l'invention Pour le surplus, le spécialiste de la technique consi- deree puisera dans les solutions classiques courantes a sa disposition pour faire face aux problèmes parti- culiers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifier un élément homologue quel que soit le mode de réalisation et sa variante d'exécution Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un mode de réalisation d'une structure perfectionnée selon l'in- vention avant d'en exposer la technique de montage et d assemblage. Un moteur électrique à courant continu à Commutation électronique comprend un rotor R et un stator S Le rotor comprend une culasse C avec un inducteur par exemple des aimants permanents AP ainsi qu un flasque F destiné à porter un arbre A supporté par au moins un palier P A cette carcasse est asso- ciee par exemple une hélice ou analogue, comme illus- tré, d'un ventilateur. Le stator comprend un induit bobiné IB fait d'un empilage de tôles T sur lesquelles sont placés des bobinages B logés dans des évidements, comme il est classique. La mise en rotation d'un tel moteur est assurée par des moyens d'alimentation et de commande constitues, le plus souvent, d'un circuit imprimé CI fait d'un substrat isolant qui porte des conducteurs électriques et sur lequel sont implantés des compo- :30 sants y compris les composants de puissance. Tout ceci apparaît en particulier de l'exa- men des Figures 1 et 2 Pour construire un tel moteur, on utilise une structure perfectionnée selon l'invention Cette F 35 structure perfectionnée comprend notamment un moyeu support 10 un mandrin 20 et un connecteur 30, Le moyeu support 10 est constitué de plusieurs branches 11 rayonnantes, par exemple equi- distantes, réunies à un fourreau 12 Chacune des bran- ches 11 porte au voisinage de son extrémité libre un élément de fixation 111 par exemple un trou comme dessiné ou une vis, un rivet ou analogue destiné à assujettir le moteur et en particulier son stator à un bâti d'un appareil par exemple d'un système de refroi- dissement ou de climatisation d'une automobile lors- que la culasse du rotor porte l'hélice d'un ventila- teur comme illustré sur les Figures 1 et 2 Ces bran- ches 11 sont aussi munies d'organes de retenue 112 tels que des ergots ou similaires et dont le rôle sera précisé par la suite Le fourreau 12, creux, est des- tine a recevoir intérieurement et coaxialement le palier P Le fourreau 12 est muni intérieurement d'au moins une butée 121 obtenue par exemple à l'aide d'un crevé qui dégage une plaquette ou analogue comme il- lustré clairement sur la Figure 3 Cette butée sert à fixer les positions axiales relatives du fourreau 12 et du ou des paliers P Le fourreau 12 porte encore, en bout des organes de retenue 122 telles des pattes dont le rôle apparaîtra par la suite. De préférence le moyeu support 10 est destiné à recevoir un couvercle 13 transpercé de trous 131 destinés à recevoir les ergots 112 comme cela apparaît sur la Figure 1. Le mandrin 20 se compose d'un tube 21 portant à l'une de ses extrémités une couronne 22 radiale centripète Comme on l'observe sur la Figure 1 le tube 21 est destiné à recevoir extérieurement l induit bobiné IB et à être monté sur le fourreau 12. Extérieurement le tube 21 est muni de crantage, mole- tage 211 oi analogues, de manière à immobiliser en rotation le paquet de tôles T qu'il reçoit Ce tube 21 est aussi muni d'une liaison en rotation 212 telle une languette ou similaire et dont le rôle apparaîtra par la suite La couronne 22 est pourvue d'encoches 221 destinées a recevoir les pattes 122 ou analogues du fourreau 12 Ceci apparaît a l'examen de la Figure Le connecteur 30 comprend, essentiellement, une bague 31 tronconique (voir Figure 1 en particu- l O lier) dans laquelle sont ménagés des alvéoles 311 et qui est creusée intérieurement d'une rainure 312 ou analogue destinée a coopérer avec la languette 212 de la liaison pour immobiliser relativement l'un à l'au- tre en rotation le mandrin 20 et le connecteur 30 Les alvéoles 31 sont destinés à recevoir des broches 32 simples (Figure 6 A) ou multiples par exemple doubles (Figure 6 B) Chaque broche 32 se compose d'au moins un pied 321 destiné à être inséré dans un alvéole et d'au moins une lamelle ou cosse 322 destinée à l'ancrage des fils FB des bobinages B de l-induit (voir Figures 1 et 2) Comme on peut l'observer sur les Figures 1 et 2 le substrat 40 du circuit imprimé CI est trans- perce d'ouvertures 400 et porte des plots 41 à proxi- mité de celles-ci Ces ouvertures 400 sont destinées a être traversées par les broches 32 qui elles-mêmes coopèrent avec les plots 41 Un plot 41 comprend une semelle 411 destinée à être fixée sur le substrat et à être connectée au conducteur ou contre-plot de ce dernier, ainsi que des bras-pinces 412 La manière dont les broches 32 et les plots 41 coopèrent apparaît notamment sur les Figures 1 et 2 Une fois les fils FB des bobinages B ancrés sur les lamelles 322 d'une bro- che 32, les bras-pinces 412 d'un plot 41 sont rappro- chés l'un de l'autre pour enserrer et emprisonner les fils et les maintenir contre la lamelle Une soudure permet de rendre la connection électrique sûre et mécaniquement indéflectible si nécessaire Sur la Fi- gure 2, les bras-pinces sont dessinés avant rapproche- ment sur la moitié inférieure, et après rapprochement sur la moitie supérieure. L'examen de la Figure 1 montre immédiate- ment que les différents constituants de la structure selon l'invention peuvent être engagés les uns dans les autres simplement par des translations axiales, et qu'une fois l'assemblage fait il suffit de rabattre ou d'écraser les ergots 112 et les pattes 122 ou analo- gues, pour maintenir le tout assemblé mécaniquement, liaison électrique faite. On observera que le couvercle assure la protection des parties intérieures du moteur contre les poussières et les projections de liquide, et lui confère aussi son aspect final. De la lecture qui précède, on saisit immé- diatement tous les avantages apportés par la structure perfectionnée selon l'invention On notera spéciale- ment qu'on peut réduire l'encombrement axial du moteur en particulier grâce au coulissement de la bague du connecteur qui autorise le bobinage de l'induit et aux broches qui permettent le raccordement électrique sans que les bouts des fils restent "en l'air, dans le vide" en attendant la jonction. REVENDICATIONS 1 Structure pour moteur électrique à courant continu à commutation électronique constitué, entre autres, d'un rotor à inducteur avec un arbre et au moins un palier et d'un stator à induit bobiné portant ce palier et des moyens électriques d'alimen- tation et de commande de l'induit bobiné, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyeu support ( 10) avec des branches ( 11) équipées d'éléments de fixation ( 111) pour assujettir le stator et avec un fourreau ( 12) creux qui est destiné à recevoir intérieurement et coaxialement ce palier et qui est muni en bout d'orga- nes de retenue ( 122), un mandrin ( 20) avec un tube ( 21) qui est destiné à recevoir extérieurement cet induit bobiné et qui est destiné à être monté sur le fourreau ( 12) et qui est pourvu d'une liaison en rota- tion ( 212) et avec une couronne ( 22) radiale centri- pète qui est pourvue d'encoches ( 221) qui sont desti- nées à coopérer avec ces organes de retenue ( 122), un connecteur ( 30) en forme de bague ( 31) destinée à être montée extérieurement sur le tube ( 21) du mandrin ( 20) pour y être immobilisé en rotation par la liaison ( 212) et qui est pourvu d'alvéoles ( 311) destinés à recevoir des broches ( 32) qui sont aptes à être mises en contact électrique d'une part avec l'induit bobiné et d'autre part avec les moyens électriques d'alimen- tation et de commande. 2 Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la liaison en rotation ( 212) comprend une languette ( 212) sur le tube ( 21) et une rainure ( 312) dans la bague ( 31). 3 Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les organes de retenue ( 122) du fourreau ( 12) sont des pattes axiales aptes à être rabattues dans les encoches ( 221) de la couronne ( 22) du mandrin ( 20) 4 Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les bro- ches ( 32) comprennent au moins un pied de montage ( 321) destiné à être inséré dans un alvéole ( 311) de la bague ( 31) et au moins une lamelle ( 322) destinée à l'ancrage des fils des bobinages d'induit. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, o les moyens d'alimentation et de commande sont portés par un circuit imprimé dont le substrat ( 40) est transpercé d'ouvertures ( 400) et porte des plots ( 41) à proximité de celles-ci, carac- térisée en ce que les broches ( 32) traversent ces ouvertures ( 400) et coopèrent avec les plots ( 41). 6 Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que les plots ( 41) comprennent une semelle ( 411) reliée électriquement au circuit imprimé et des bras-pince ( 412) pour enserrer les fils des bobinages d'induit sur les lamelles ( 322) d'ancrage des broches ( 32). 7 Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le four- reau ( 12) comprend au moins une butée ( 121) intérieure apte à coopérer avec le palier. 8 Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le moyeu support ( 10) à ses branches ( 11) munies d'organes de retenue ( 112) destinés à maintenir un couvercle ( 13). 9 Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce que ces organes de retenue ( 112) sont des ergots axiaux aptes à être rabattues dans des trous ( 131) du couvercle ( 13).