Brevet FR2681482A1 — publié le 19930319

I La Drésente invention concerne les moteurs électriques à courant continu à commutation électroni- que et vise plus particulièrement la structure de ces derniers. Les moteurs à courant continu à commutation électronique 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 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 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 structure du moteur un tel soudage ne peut être fait que manuel- lement Ceci est d'autant plus délicat que chaque bobinage nécessite, en principe, deux soudures et que les fils à connecter électriquement sont souvent en "l'air", dans le "vide" autrement dit sans support matériel physique Une telle opération, qu'il est particulièrement difficile 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, très 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 à 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- quées. 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 cinématiques particulièrement simples qui n'exigent que des translations parallèles à l'axe de rotation du moteur. Outre cette simplification et cette commo- dité, la conception de cette structure permet d'utili- ser des moyens électriques d'alimentation et de com- mande portés par un circuit imprimé dont le substrat est dépourvu d'évidement central, ce qui augmente la surface utilisable pour l'implantation de composants et de pistes de liaison. En outre, grâce 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 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'alimentation et de commande de l'induit bobiné Cette structure qui 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 qui est destiné à recevoir extérieurement cet induit bobiné et qui est destiné à être monté sur le fourreau et avec une couronne ra- diale centripète qui est pourvue d'encoches qui sont destinées à coopérer avec ces organes de retenue est caractérisée en ce que à la jonction branches-fourreau ce moyeu support est muni d'au moins un redan et en ce que ce tube est muni d'au moins une découpe complémen- taire de ce redan servant notamment de butée axiale. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture 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 A est une vue de côté du mode de réalisation de la Figure 1. la Figure 2 B est une coupe locale de la Figure 2 A selon la ligne B-B; 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 détail schématique d'un mandrin de la structure de la Figure 1; la Figure 5 est une vue analogue à celle de la Figure 1 d'un autre mode de réalisation; la Figure 6 est une vue similaire à celle de la Figure 2 A du mode de réalisation de la Figure 5; les Figures TA à 7 C sont des vues en élévation et en coupe d'un mode de réalisation d'un couvercle pour une structure de l'invention. 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- dérée puisera dans les solutions classiques courantes à 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- ciée 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 constitués, 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- sants y compris les composants de puissance. Tout ceci apparaît en particulier de l'exa- men des Figures 1, 2 A, 2 B et 5, 6. Pour construire un tel moteur, on utilise une structure perfectionnée selon l'invention Cette structure perfectionnée comprend notamment un moyeu support 10, un mandrin 20. Le moyeu support 10 est constitué de plusieurs branches 11 rayonnantes, par exemple équi- 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 par exemple sur les Figures 1 et 2 Le fourreau 12, creux, est destiné à recevoir inté- rieurement et coaxialement le palier P Le fourreau 12 porte encore, en bout, des organes de retenue 122 telles des pattes dont le rôle apparaîtra par la sui- te A la jonction branches-fourreau, le moyeu support est muni s'il y a lieu d'au moins un redan 101 ou analogue Ce redan, obtenu par exemple par emboutis- sage, sert notamment de renfort ou de rigidification pour maintenir les branches pratiquement perpendicu- laires à l'axe de rotation du moteur Ces redans ont aussi un rôle similaire à celui d'une butée axiale pour les raisons que l'on comprendra par la suite. De préférence, le moyeu support 10 est destiné à recevoir un couvercle 13 Ce couvercle 13, plan ou en cuvette, est s'il y a lieu muni d'organes de retenue 132 pour sa fixation aux branches Ces organes de retenue 132 sont par exemple des crochets élastiques ou analogues, au besoin venus de moulage si ce couvercle est fait en matière plastique moulée, qui s'encliquettent sur les branches. 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 par exemple, le tube 21 est destiné à recevoir exté- rieurement l'induit bobiné IB et à être monté sur le fourreau 12 Extérieurement le tube 21 est muni de crantage, moletage 211 ou analogues, de manière à immobiliser en rotation le paquet de tôles T qu'il reçoit La couronne 22 est pourvue d'encoches 221 destinées à recevoir les pattes 122 ou analogues du fourreau 12 Ceci apparaît par exemple à l'examen de la Figure 1 Ce tube 21 est par exemple muni d'au moins une découpe ou similaire voire aussi d'un redan 213, complémentaire du redan 101 auquel elle (il) s'a- dapte étroitement On comprend de la sorte que lors- qu'ils sont montés l'un sur l'autre le moyeu support et le mandrin 20 ont une position relative axiale bien définie puisque redan 101 et découpe 213 coopè- rent étroitement et butent l'un contre l'autre; cette coopération contribue aussi à maintenir la position relative en rotation. Comme on peut l'observer sur les Figures 1 et 2 par exemple, le substrat 40 du circuit imprimé CI est transpercé de passages 401 ainsi que d'orifices 402 et porte des plots 41 à proximité de ceux-ci Ces passages 401 sont destinés à recevoir des composants de puissance CP et leurs radiateurs RT Ces orifices 402 sont destinés à recevoir les fils FB. On observera qu'une implantation judicieuse des composants sur le circuit imprimé permet de les placer en regard des zones libres et dégagées entre les branches du moyeu support sur l'une et/ou l'autre des deux faces du substrat Ceci autorise donc d'asso- cier ces composants à des radiateurs indépendants, maintenus par exemple par des vis, rivets ou analogues comme dessinés, et de ce fait isolés électriquement vis-à-vis de l'architecture du moteur Ceci est parti- culièrement recherché et appréciable si l'on se sou- vient qu'il est courant que les polarités propres particulières à un composant de puissance et à l'ar- chitecture métallique du moteur reliée à la caisse ou coque d'un véhicule, sont de signes opposés et qu'il n'est donc plus nécessaire d'interposer entre la se- melle du composant de puissance et son support un isolant électrique spécifique toujours nuisible à une bonne conduction thermique Pour permettre la liaison électrique entre l'induit bobiné et le circuit imprimé qui est situé en bout, pratiquement à l'extérieur du moteur, par un soudage, sertissage ou similaire des fils sur les plots associés aux pistes du circuit intégré CI, les orifices permettant la traversée du substrat sont de préférence équidistants et situés entre les branches Ces orifices sont soit relative- ment vastes pour permettre une traversée collective de fils regroupés soit relativement étroits pour permet- tre une traversée individuelle de chaque fil indépen- dant Lorsqu'on utilise des orifices 402 vastes pour une traversée collective de fils regroupés, les fils regroupés traversent ensemble ces orifices puis sont rabattus séparément, un à un, en vue de la liaison électrique particulière à un plot 41 spécifique déter- miné Lorsqu'on utilise des orifices 402 étroits, par exemple transperçant chaque plot 41 au voisinage de son centre, pour une traversée individuelle de chaque fil indépendant, chaque fil est engagé dans l'orifice particulier qui lui est destiné en vue de sa liaison électrique spécifique par exemple par soudage "en bout". L'examen de la Figure 1 par exemple montre immédiatement 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 analogues, pour maintenir le tout assemblé mécaniquement, liaison électrique faite Cette liaison est facilitée par le fait que les fils engagés dans les orifices sont soutenus par le substrat et non plus dans "le vide, en l'air" Pour le montage du mandrin sur le fourreau du moyeu support, on adopte par exem- ple un ajustement glissant normalisé H 9-f 8. 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 qui autorise le bobinage de l'induit et au raccordement électrique qui peut être fait 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 et comprenant 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 rece- voir intérieurement et coaxialement ce palier et qui est muni en bout d'organes de retenue ( 122), un man- drin ( 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 avec une couronne ( 22) radiale centripète qui est pourvue d'encoches ( 122) qui sont destinées à coopérer avec ces organes de retenue ( 122), structure caractérisée en ce que à la jonction branches ( 11)-fourreau ( 12) ce moyeu sup- port ( 10) est muni d'au moins un redan ( 101) et en ce que ce tube ( 21) est muni d'au moins une découpe ( 213) ou similaire complémentaire de ce redan ( 101) servant notamment de butée axiale. 2 Structure selon la revendication 1 o les moyens d'alimentation et de commande sont portés par un circuit imprimé dont le substrat ( 40) porte des plots ( 41), caractérisée en ce que ce substrat ( 40) est transpercé de passages ( 401) situés à l'écart des branches ( 11) et destinés à recevoir des composants de puissances associés éventuellement à des radiateurs thermiques. 3 Structure selon la revendication 1 ou 2 o les moyens d'alimentation et de commande sont por- tés par un circuit imprimé dont le substrat ( 40) porte des plots ( 41), caractérisé en ce que ce substrat ( 40) il est transpercé d'orifices ( 402) équidistants situés à l'écart des branches ( 11) et destinés à la traversée des fils pour leur jonction électrique avec les plots ( 41).