Brevet FR2720877A1 — publié le 19951208

I " Elément de construction pour le régulateur et le porte- balais d'une machine électrique et son procédé de fabri- cation " La présente invention concerne un ensemble pour un circuit électronique de type plaquette ou circuit hy- bride, combiné à un support de balais destiné à des machi- nes électriques, de préférence des alternateurs de véhi- cules automobiles, les pièces de contact du circuit pour les balais et les branchements étant intégrées sous la o forme de conducteurs de liaison dans une partie de boîtier en matière isolante à l'exception des zones de contact de ces conducteurs, le circuit électronique, de préférence comme circuit de régulateur, étant collé ou brasé sur une plaque de support électriquement conductrice, mise au po- tentiel de la masse, en étant entourée par une collerette de la partie de boîtier fixée à la plaque de support et en étant reliée aux zones de contact pénétrant dans l'ouverture à collerette des conducteurs de liaison, cette ouverture à collerette étant fermée par un couvercle. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément. Etat de la technique Selon le document CA-1 146 208, il est déjà connu de combiner le boîtier d'un circuit de régulateur en construction hybride avec le porte-balais d'un générateur pour véhicule automobile de façon que les parties de con- tact des balais et des branchements des contacts par enfi- chage sous forme de conducteurs, soient intégrées dans le corps de matière isolante d'une partie de boîtier pour que seules les zones de contact des conducteurs soient déga- gées. De plus, selon ce document il est connu de fixer le circuit hybride, en surface sur une plaque de radiateur, et de la relier électriquement aux zones de contact des con- ducteurs. Le montage hybride est alors entouré par une col- lerette du corps isolant fixée à la plaque formant radiateur et est relié électriquement aux zones de contact des conducteurs pénétrant dans l'ouverture à collerette; cette ouverture à collerette est fermée par un couvercle. L'inconvénient de cette solution est que l'ensemble formé par le branchement par enfichage, le porte-balais, le circuit du régulateur et les conducteurs de liaison, nécessite des pattes de fixation supplémentai- res par lesquelles l'ensemble se monte sur la face frontale du générateur du côté du collecteur. Ces pattes de fixation doivent en plus être intégrées dans le moule d'injection de la partie de boîtier en matière plastique. En outre, la plaque de refroidissement avec le circuit du régulateur est rivetée sur l'ouverture à collerette de la partie de boî- tier si bien que la chaleur de déperdition créée par le circuit du régulateur ne peut être évacuée par les pattes de fixation mais uniquement par l'air de ventilation. En outre, le porte-balais est réalisé séparément. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de créer un ensemble formé du porte- balais et du circuit électronique qui soit plus simple et permette de mieux évacuer la chaleur dégagée. Avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un ensemble correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la plaque de support est fixée au boîtier de la machine électrique par des moyens de fixation pour évacuer la cha- leur et le support de balais avec ses parties de contact pour les branchements des balais est formé en une seule pièce avec la partie de boîtier en matière isolante. L'ensemble qui comprend à la fois la partie de boîtier pour le circuit électronique et les porte-balais, selon l'invention, offre l'avantage que le porte-balais est formé en même temps sur la partie de boîtier qui entoure directement le circuit électronique et que la fixation de cet ensemble sur le boîtier de la machine peut se faire di- rectement par la plaque de support du circuit électroni- que; cela permet d'évacuer, par les moyens de fixation, la chaleur dégagée par le circuit électronique, vers la ma- chine électrique. Le montage de la plaque de support sur le bol- tier du générateur fait que cette plaque de support consti- tue pour le circuit de régulation, un puits de chaleur favorisant l'évacuation de la chaleur du circuit de régula- tion. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - l'ouverture à collerette de la partie de boî- tier est remplie d'une masse coulée au moins jusque par- dessus les zones de contact des conducteurs de liaison, - l'ouverture à collerette de la partie de boî- tier présente un rebord périphérique, dirigé vers l'extérieur, sur lequel s'appuie le couvercle en forme de pot par son bord périphérique dirigé vers l'extérieur, - la partie de boîtier et les conducteurs de liaison sont réalisés sous la forme d'ensembles préfabri- qués, avec, d'une part, des inserts, et, d'autre part, la plaque de support présentant des orifices de fixation et comportant le circuit électronique, ces ensembles étant re- liés par un collage en surface et le circuit électronique est relié aux zones de contact des conducteurs de liaison par l'intermédiaire de fils de liaison, - avant la fixation préalable des deux ensem- bles préfabriqués, la partie de boîtier vient prendre avec une partie en saillie dans un passage correspondant de la plaque de support. Il est particulièrement avantageux que, d'une part, la partie de boîtier, et, d'autre part, la plaque de support soient réalisées indépendamment et ainsi de façon peu coûteuse comme deux ensembles qui sont finalement col- lés pour ne former qu'un ensemble. Un autre avantage est que le circuit électroni- que, réalisé sous la forme d'une plaquette ou d'une cons- truction hybride, soit entouré par la partie de matière plastique sur laquelle est formé le porte-balais, sans né- cessiter de boîtier supplémentaire. Dessins Deux exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans les dessins et seront décrits ci- après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 montre l'ensemble selon l'inven- tion comprenant un porte-balais et un circuit électronique de régulation, construits sur une plaquette, le couvercle ayant été enlevé et l'ensemble étant représenté à échelle agrandie en vue de dessus, - la figure 2 est une coupe transversale de l'ensemble de la figure 1 selon la coupe II-II, le couver- cle étant collé, - la figure 3 montre le schéma de montage d'un alternateur équipé d'un régulateur et d'un montage redres- seur, - les figures 4 et 5 montrent un autre exemple de réalisation de l'ensemble. Description des exemples de réalisation Les figures 1 et 2 montrent un ensemble 10 com- prenant un circuit électronique de régulation 11 et un porte-balais 12 d'un alternateur 13 de véhicule automobile dont le schéma est représenté à la figure 3. Le circuit de régulation 11 est collé ou brasé directement comme pla- quette de circuit intégré sur la plaque de support 14 con- ductrice d'électricité, par exemple en aluminium. Cette plaque de support 14 est au potentiel de la masse. Le porte-balais 12 est intégré dans une partie de boîtier 15 en matière isolante dans laquelle sont intégrées des pièces de contact 16 pour les balais 17 ainsi qu'un raccord de contact de pression 18 et des raccords 19 pour le circuit de régulation 11 comme conducteurs de liaison 20 dans la matière isolante de la partie de boîtier 15 à l'exception des zones 16, 18, 19. Le circuit de régulation 11 est en- touré par une collerette 21 de la partie de boîtier 15 fixée à la plaque de support 14; les zones de contact 19 des conducteurs de liaison 20 pénètrent dans l'ouverture 22 de la collerette. Le circuit de régulation 11 est relié, d'une part, à l'intérieur de l'ouverture de collerette 22 par des fils de liaison 23 aux deux zones de contact 19, et, d'autre part, au potentiel de la masse de la plaque de support 14. L'ouverture de collerette 22 est en outre fer- mée comme le montre la figure 2 par un couvercle 24 en ma- tière plastique après remplissage de l'ouverture 22 jusque par-dessus les zones de contact 19 ou par-dessus les fils de liaison 23 avec une masse coulée 25. La plaque de support 14 est allongée et en par- tie ovale; dans ses deux zones extérieures 14a elle com- porte chaque fois un orifice de fixation 26 permettant de visser cette plaque avec des vis 8 sur la bride 9 du bo - tier de l'alternateur 13 et d'être ainsi au potentiel de masse. Puis on évacue la chaleur dégagée pendant le fonc- tionnement du circuit de régulation 11 par l'intermédiaire de la plaque de support 14 vers l'air de refroidissement au niveau de l'ensemble 10 ainsi que par l'appui contre la bride du boîtier du générateur 13. Pour permettre une fabrication peu coûteuse d'un ensemble 10 de fonctionnement garanti, la plaque de support 10 forme avec la plaquette de circuit intégré du régulateur 11 un premier ensemble 27 préfabriqué. La partie de boîtier 15 injectée en matière isolante dans un moule d'injection avec les conducteurs de liaison 20 comme in- serts forme un second ensemble préfabriqué 28. Les deux en- sembles préfabriqués 27 et 28 sont alors directement collés l'un à l'autre, sur une grande surface, par leur surface d'appui 29. Puis on met la plaquette de circuit intégré en contact avec les zones de contact 19 des conducteurs de liaison 20 par les fils de liaison 23 puis on remplit l'ouverture à collerette 22 avec de la masse coulée 25. En- fin, on colle de manière étanche le couvercle 24 sur l'ouverture à collerette 22. Pour fixer le couvercle 24 sans augmenter la hauteur de l'ensemble 10, en assurant l'étanchéité à l'humidité, sur la collerette 21, cette col- lerette 21 de la partie de boîtier 15 est munie au bord de l'ouverture à collerette 22 d'un rebord 30 dirigé vers l'extérieur et sur lequel s'appuie le couvercle 24 en forme de chapeau, par son bord 31 périphérique, dirigé vers l'extérieur. Il se forme ainsi entre la paroi 32 du couver- cle 24 et la paroi 33 du bord étendu 30, une fente périphé- rique 34 que l'on remplit au moins partiellement avec de la colle 35. En outre, du côté de la collerette 21 tournée vers la plaque de support 14, on a une rainure annulaire 36 qui est remplie de colle pour assurer l'étanchéité de la plaquette de circuit intégré du circuit de régulation 11. Pour la fixation préalable des deux ensembles 27 et 28 pré- fabriqués, la partie de boîtier 15 est munie d'une partie en saillie 37 pénétrant dans une cavité 38 de forme corres- pondante de la plaque de support 14. La figure 1 montre en outre que le porte-balais 12 est prévu sur la face avant de la plaque de support, dans la zone médiane, symétriquement par rapport aux orifi- ces de fixation 26. Au niveau de la moitié droite, adja- cente de la plaque de support 14, se trouve le circuit électronique 11 et la collerette de boîtier 21 qui entoure le circuit; sur la moitié gauche de la plaque de support 12 se trouve uniquement un bras de support 39 de la partie de boîtier 15 collée à la plaque de support 14, ce bras al- lant jusqu'au-delà de l'orifice de fixation 26; ainsi dans cette moitié, la plaque de support 14 reste pratiquement libre pour assurer l'échange de chaleur avec l'air de re- froidissement. De plus, au niveau de cette moitié gauche de la plaque de support 14, la partie de boîtier 15 et le sup- port de balais 12 sont munis du branchement 18 pour l'alimentation en tension du calculateur 11. Selon le schéma de la figure 3, pris en liaison avec la figure 1, le circuit du régulateur 11 est relié par sa borne DF et par l'un des balais 17 du support de balais 12 à l'enroulement d'excitation E de l'alternateur 13 dont l'autre extrémité est reliée par le second balai 17 du sup- port de balais 12, d'une part à la borne 18 pour l'alimentation en tension du régulateur 11, et, d'autre part, à la borne D+, 19 du régulateur 11. Le régulateur 11 est en outre relié au potentiel de masse de la borne B- par l'intermédiaire de la plaque de support 14. Les conducteurs de liaison 20 nécessaires pour les branchements de D+ et DF sont injectés dans le boîtier 15 alors que les enroulements de stator de l'alternateur 13 sont reliés, d'une part, à la borne D+, 18, par l'intermédiaire du redresseur 40, et, d'autre part, aux bornes B+ et B- par l'intermédiaire du pont redresseur 41 pour le branchement de l'accumulateur. Les figures 4 et 5 montrent un second exemple de réalisation de l'ensemble selon l'invention; la figure 4 correspond à la moitié droite de la figure 1 et la figure à la moitié gauche de la figure 2. Les mêmes pièces que précédemment portent les mêmes références. En variante du premier exemple de réalisation, il s'agit ici d'une pla- quette monolithique 11 collée ou brasée ou soudée à la pla- que de support à l'aide d'un support intermédiaire, métallique 50. Une seconde plaquette de circuit intégré lia est en outre collée ou/et soudée sur le support intermé- diaire 15 pour une autre partie de circuit électronique, en étant reliée par des fils de liaison 23a à la plaquette 11. A la place de la plaquette de circuit intégré on peut éga- lement prévoir des circuits hybrides de sorte que l'ensemble du circuit électronique se compose de plusieurs parties en forme de circuit intégré et/ou de circuit hy- bride, fixées directement la plaque de support 14 ou par un support intermédiaire 15. Comme autre variante par rapport au premier exemple de réalisation, selon la figure 5, la plaque de support 14 est injectée dans la partie de boîtier 15 en ma- tière isolante en ce que le passage central 38 de la plaque de support 14 et le bord extérieur (dans la mesure o ce- lui-ci ne s'appuie pas contre la bride 9 du boîtier de l'alternateur 13) est enserré par le bord isolant 15a de la partie de boîtier 15 de la plaque de support 14. Pour fabriquer l'ensemble selon cet exemple de réalisation on place tout d'abord les conducteurs de liai- son 20 ainsi que la plaque de support 14 dans un moule d'injection pour fabriquer la partie de boîtier 15a; la partie de boîtier 15 et les conducteurs de liaison intégrés dans cette partie de boîtier et la plaque de support 14 fixée par injection des bords 15a forment alors un premier ensemble 51 préfabriqué. Le circuit avec les deux plaquet- tes 11 et lia est tout d'abord collé ou soudé sur le sup- port intermédiaire 50 puis est relié par les fils de liaison 23a pour former un second ensemble préfabriqué 52. Puis on place le support intermédiaire 50 muni du circuit 11, lia dans l'ouverture 22 du couvercle et on colle, on soude ou on brase avec la plaque de support 14; enfin, on relie le circuit 11, lia aux zones de contact 19 des con- ducteurs de liaison 20 par les fils de liaison 23 rési- duels. Puis l'ouverture à collerette 22 est remplie au moins partiellement avec une masse coulée 25 et enfin on ferme de manière étanche avec le couvercle 24. Il est important selon l'invention pour les deux exemples de réalisation, que le support de balais 12 et ses parties de contact 16 des branchements des balais soient formés en une seule pièce sur la partie de boîtier 15 en matière isolante pour ne pas nécessiter de pièces particulières pour cela. De plus, pour mieux évacuer la chaleur dégagée par le circuit électronique 11, sa plaque de support 14 est fixée à l'aide de vis 26 ou autres moyens de fixation, directement sur le boîtier 9 de l'alternateur. L'ensemble 10 selon l'invention garantit que le circuit électronique ainsi que les conducteurs de liaison 20, entre le circuit électronique, le support de balais et la borne de raccordement 18, soient logés en étant protégés contre les influences extérieures et à la place d'un circuit inté- gré on pourrait également fixer un circuit hybride sur la plaque de support 14. Les conducteurs de liaison 20 sont réalisés de préférence sous la forme de rails de courant constitués par des pièces métalliques estampées qui sont placées comme des inserts dans un moule d'injection pour être enveloppés par la matière isolante constituant la partie de boîtier 15. Par un montage approprié on peut intégrer à côté d'un cir- cuit de régulateur un autre circuit électronique qui peut remplir une autre fonction, par exemple pour la séparation de deux réseaux embarqués. Cela permet par exemple de bra- ser ou de coller des circuits semi-conducteurs sur deux plaques de base si pour des raisons techniques ou de cir- cuits, les plaques de bases de ces circuits doivent avoir des potentiels différents. Il est possible sans difficulté de réaliser des liaisons supplémentaires avec le réseau em- barqué ou l'alternateur grâce à des branchements appropriés de la partie formant insert des conducteurs de liaison sor- tant de la partie de boîtier 15 et avec la matière isolante formée de façon appropriée comme fiche. Les balais 17 peu- vent être montés même après la réunion des deux ensembles préfabriqués 27, 28 dans les supports de balais 12. R E V E N D I CATIONS 1 ) Ensemble pour un circuit électronique de type plaquette ou circuit hybride, combiné à un support de balais destiné à des machines électriques, de préférence des alternateurs de véhicules automobiles, les pièces de contact du circuit pour les balais et les branchements étant intégrées sous la forme de conducteurs de liaison dans une partie de boîtier en matière isolante à l'excep- tion des zones de contact de ces conducteurs, le circuit électronique, de préférence comme circuit de régulateur, étant collé ou brasé sur une plaque de support électrique- ment conductrice, mise au potentiel de la masse, en étant entourée par une collerette de la partie de boîtier fixée à la plaque de support et en étant reliée aux zones de con- tact pénétrant dans l'ouverture à collerette des conduc- teurs de liaison, cette ouverture à collerette étant fermée par un couvercle, caractérisé en ce que la plaque de sup- port (14) est fixée au boîtier (9) de la machine électrique par des moyens de fixation (26) pour évacuer la chaleur et le support de balais (12) avec ses parties de contact (16) pour les branchements des balais est formé en une seule pièce avec la partie de boîtier (15) en matière isolante. 2 ) Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'ouverture à collerette (22) de la partie de boîtier (15) est remplie d'une masse coulée (25) au moins jusque par-dessus les zones de contact (10) des con- ducteurs de liaison (20). 3 ) Ensemble selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que l'ouverture à collerette (22) de la partie de boîtier (15) présente un rebord (30) périphéri- que, dirigé vers l'extérieur, sur lequel s'appuie le cou- vercle (24) en forme de pot par son bord (31) périphérique dirigé vers l'extérieur. 4 ) Ensemble selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'une fente périphérique (34), formée entre la paroi (32) du couvercle (24) et la paroi (33) du rebord étendu (30), est remplie au moins partiellement d'une colle (35). ) Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que dans la zone cen- trale de la face avant de la plaque de support (14) se trouve le porte-balais (12) et à côté, sur une moitié de la plaque de support (14), se trouve le circuit électronique (11) avec la collerette de boîtier (21) qui l'entoure alors que l'autre moitié de la plaque de support (14) est essen- tiellement libre pour évacuer la chaleur vers l'air de re- froidissement. 6 ) Ensemble selon la revendication 5, caracté- risé en ce que sur l'autre moitié de la plaque de support (14), la partie de boîtier (15) comporte à côté du support de balais (12), un moyen de branchement (18) pour alimenter en tension le circuit (11). 7 ) Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie de boîtier (15) et les conducteurs de liaison (20) sont réalisés sous la forme d'ensembles préfabriqués (27, 28), avec, d'une part, des inserts, et, d'autre part, la plaque de support (14) présentant des orifices de fixation (27) et comportant le circuit électronique (11), ces ensembles étant reliés par un collage en surface et le circuit électronique (11) est relié aux zones de contact (19) des conducteurs de liaison (20) par l'intermédiaire de fils de liaison (23). 8 ) Ensemble selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'avant la fixation préalable des deux ensem- bles préfabriqués (27, 28), la partie de boîtier (15) vient prendre avec une partie en saillie (37) dans un passage (38) correspondant de la plaque de support (14). 9 ) Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit électro- nique (11) est fixé comme plaquette monolithique avec un support intermédiaire (50) sur la plaque de support (14). ) Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit électro- nique (11, lia) formé de plusieurs parties constituées par des plaquettes de circuit intégré et/ou en construction hy- bride, est fixé directement à la plaque de support (14) et/ou par interposition d'un support intermédiaire métalli- que (50) et le branchement entre les parties se fait par des fils de liaison (23a). 11 ) Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque de support (14) est injectée dans la partie de boîtier (15) en matière isolante. 12 ) Procédé de fabrication d'un ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, d'une part, la partie de boîtier (15) avec les conducteurs de liaison (20) intégrés dans cette partie, et, d'autre part, la plaque de support (14) avec le circuit (11) formé par des plaquettes ou en construction hybride, collé ou soudé sur la plaque de support (14), sont des ensembles préfabriqués (27, 28) qui sont tout d'abord collés l'un à l'autre puis le circuit électrique (11) est relié par les zones de contact (19) des conducteurs de liaison (20) par des fils de liaison (23) puis l'ouverture à collerette (22) de la partie de boîtier (15) est au moins partiellement remplie d'une masse coulée (25) et, enfin, on ferme de ma- nière étanche avec un couvercle (24). 13 ) Procédé de fabrication d'un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 et 9 à 11, caractéri- sé en ce que, d'une part, la partie de boîtier (15) dans laquelle sont intégrés les conducteurs de liaison (20) et la plaque de support (14) ainsi que, d'autre part, le cir- cuit (11, l1a) sous forme de plaquettes ou de construction hybride, soudé ou collé sur un support intermédiaire (50) ainsi que les conducteurs de liaison (23a), sont préfabri- qués sous la forme d'ensembles (51, 52) puis le support in- termédiaire (50) avec le circuit (11, lia) est relié à plat à la plaque de support (14) à travers l'ouverture à colle- rette (22), de préférence par collage puis le circuit (11, lia) est relié aux zones de contact (19) des conducteurs de liaison (20) et enfin l'ouverture à collerette (22) est remplie au moins partiellement avec une masse coulée (25)