Brevet FR2765415A1 — publié le 19981231

Etat de la technique L'invention concerne un moteur électrique compre- nant un rotor du type à rotor extérieur, un stator formé d'un corps de base en une matière conductrice de la chaleur, un5 moyeu de palier pour le rotor et un support partant radiale- ment du moyeu pour recevoir une plaque de circuit imprimé garnie d'électroniques, et se trouve du côté du support non tourné vers le rotor. Dans un moteur électrique connu, à commutation électronique, correspondant à ce type (DE-41 22 529-A1), le bord annulaire extérieur du support reçoit axialement en une seule pièce une paroi annulaire qui entoure le rotor en forme de pot avec un intervalle radial et porte sur son côté exté- rieur, non tourné vers le rotor, des nervures ou ailettes de15 refroidissement dirigées axialement. Les transistors de com- mutation de l'électronique de puissance pour la commutation électronique sont prévus sur la plaque de circuit imprimé pour que les surfaces de refroidissement du transistor s'appliquent contre la surface radiale du support, suivant un20 contact plan et soient pressées contre le support par des ressorts-lames. La chaleur dégagée essentiellement par les transistors de puissance passe par le support en forme de bride dans la paroi annulaire qui l'évacue relativement bien à l'air ambiant car le rotor qui tourne dans la paroi annu- laire assure également une circulation rapide de l'air qui s'y trouve. Avantages de l'invention La présente invention se propose de développer un tel moteur et concerne à cet effet un moteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la surface radiale du sup- port tournée vers le rotor, comporte un grand nombre de ner- vures de refroidissement concentriques. Le moteur selon l'invention offre l'avantage que les nervures de refroidissement, concentriques non seulement augmentent la surface de refroidissement constituée par la surface du corps de base, mais notamment du fait du courant d'air généré par la construction du rotor, passent sur les ailettes de refroidissement en les parcourant de manière idéale. Cela accélère l'évacuation de la chaleur dégagée par les circuits électroniques et améliore cette évacuation. La puissance calorifique dégagée peut être augmentée successive- ment si selon des modes de réalisation préférentiels de5 l'invention, on réalise des passages importants dans le sup- port qui peuvent également couper les ailettes de refroidis- sement concentriques et si la plaque de circuit imprimé est recouverte par un capuchon fixé au support et le fond du ca- puchon comporte des ouvertures se prolongeant jusqu'au sup-10 port par les tétons cylindriques creux et sont ainsi alignés avec les passages dans le support. En outre, le rotor com- porte dans sa surface radiale du support, à distance axiale du fond opposé du pot, des orifices de passage d'air. Cela garantit un bon échange d'air à l'intérieur du moteur qui15 améliore l'évacuation de l'air de l'intérieur du moteur et augmente la puissance de refroidissement. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la cavité entre le capuchon et la surface ra- diale du support tournée vers lui, est remplie d'une masse coulée ayant de bonnes caractéristiques de conduction thermi- que ce qui crée d'autres chemins de circulation d'énergie pour d'une part évacuer la chaleur dégagée par le circuit électronique par l'intermédiaire de la masse coulée vers le capuchon et d'autre part pour arriver au corps de base et être fournie ainsi à l'air extérieur. Une autre amélioration de l'évacuation de la cha- leur peut être obtenue par un autre chemin de passage d'énergie qui, comme dans le cas du moteur connu décrit ci- dessus, conduit de l'électronique à travers le support, vers un cylindre périphérique en une seule pièce, appliqué axiale- ment du côté du support et qui porte des nervures de refroi- dissement, axiales supplémentaires, situées à l'extérieur. Le rotor qui tourne à l'intérieur du cylindre périphérique as- sure en outre un échange d'air intense au niveau de la paroi intérieure du cylindre enveloppant. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - des passages prévus dans le support qui arrivent de préfé- rence au-delà des nervures ou ailettes de refroidissement concentriques et subdivisent celles-ci en des segments d'arc distincts, - la plaque de circuit imprimé est couverte par un couvercle fixé au support et la cavité qui subsiste entre le couver- cle et le support est remplie d'une masse coulée ayant de bonnes propriétés de conduction thermique, - le fond du couvercle comporte des ouvertures se prolongeant jusque vers le support sous la forme de tourillons creux et qui sont alignés sur les passages du support, - le rotor est en forme de pot et le fond du pot en regard à une certaine distance axiale de la surface radiale du sup- port comporte des orifices de passage d'air, - le corps de base comporte un cylindre enveloppant, monté axialement, en une seule pièce, par le bord contre le sup- port et qui passe axialement sur le rotor en laissant un intervalle radial et du côté extérieur du cylindre envelop- pant, non tourné vers le rotor, le cylindre comporte des nervures axiales en saillie par rapport au cylindre, - l'électronique comporte des transistors de commutation mu- nis de surfaces de refroidissement portées par la plaque de circuit imprimé pour que la surface de refroidissement s'applique à plat sur la surface radiale du support tournée vers la plaque de circuit imprimé, les surfaces de refroidissement sont pressées par des étriers à ressort contre la surface radiale et les étriers à ressort sont fixés au support et pressés sur le côté de la plaque de circuit imprimé non tourné vers les transis- tors de commutation, - le corps de base réalisé en une seule pièce avec le moyeu de palier, le support et le cylindre enveloppant sont fa- briqués en aluminium ou en magnésium. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un moteur élec- trique, - la figure 2 est une vue de face du corps de base du stator du moteur avec la plaque de circuit imprimé montée, l'ensemble étant vu dans la direction de la flèche II de la figure 1. Description de l'exemple de réalisation Le moteur à commutation électronique représenté comme exemple de réalisation à la figure 1 pour un moteur électrique comporte de manière connue un rotor 11 constitué sous la forme d'un rotor à cage extérieur et d'un stator 12 réalisé dans une matière ayant une bonne conductivité thermi- que par exemple de l'aluminium ou du magnésium constituant le corps de base 13. Le corps de base 13 comporte dans la masse, un moyeu de palier 31, un support 132 en forme de bride qui part radialement du moyeu et un cylindre enveloppant 133, ap- pliqué axialement contre le bord circulaire extérieur du sup- port 132. Le corps de base 13 porte extérieurement, sur son moyeu de palier 131, un paquet de tôles 14 recevant l'enroulement de stator ou l'enroulement d'induit 15. L'alimentation électrique de l'enroulement de stator 15 se fait par les broches de branchement 16. Le rotor 11 en forme de pot possède solidairement en rotation sur un arbre de rotor 17 logé à rotation par deux paliers dans le moyeu 131 et passe par-dessus l'enroulement de stator 15 avec sa partie de pot cylindrique. La paroi in- térieure de la partie de pot cylindrique comporte de manière connue, les pôles d'excitation sous la forme de segments d'aimantation permanente 18. L'électronique de puissance nécessaire à la com- mutation électronique est montée sur une plaque de circuit imprimé 18. Cette plaque est prévue sur le côté du support 132 du corps de base 13 non tourné vers le rotor 11. L'électronique comporte plusieurs transistors de commutation réalisés comme des transistors de puissance 20, montés sur la plaque de circuit imprimé 19 pour qu'avec leurs surfaces de refroidissement 21, ces transistors s'appuient contre la sur- face radiale du support 132 par un appui plan, pour la plaque de circuit imprimé 19. A l'aide d'étriers à ressort 36 en forme de ressorts-lames, fixés dans le support 132 du corps de base 13 et du côté arrière de la plaque de circuit imprimé 19 et s'appuyant suivant une liaison par la force, la plaque de circuit imprimé 19 est serrée sur le support 132 pour que les surfaces de refroidissement 21 des transistors de commu- tation 20 soient pressées contre le support 132. Les broches de branchement 16 pour l'enroulement 15 du stator sont égale- ment fixées sur la plaque de circuit imprimé 19. L'alimentation électrique est assurée par un connecteur 22 dont le boîtier 221 est fixé au corps de base 13 et les con- tacts 222 du connecteur sont reliés à la plaque de circuit imprimé 19. La plaque de circuit imprimé 19 avec l'électronique est recouverte par un capuchon de capot 23 fixé au support 132. Le boîtier de connecteur 221 pénètre par un perçage radial 25 dans le cylindre enveloppant 133 et est rapporté avec une rainure 24 sur le bord de la partie cylin- drique du couvercle 23. La cavité comprise entre le couvercle 23 et le support 132 est remplie par une masse de coulée 26 ayant de bonnes propriétés thermiques; la plaque de circuit imprimé 19 et les transistors de commutation 20 à l'exception des surfaces de refroidissement 21 pressées contre le support 132 sont entourés de tous côtés par la masse coulée 26. Pour évacuer rapidement et efficacement la chaleur dégagée par les transistors de commutation 20, on a prévu plusieurs chemins d'évacuation de la chaleur. Pour cela, d'une part, sur la surface radiale du support 132 tournée vers le rotor 11, on a prévu un grand nombre de nervures de refroidissement 27 con- centriques dont le tracé annulaire est interrompu par des passages de grande surface 28 (figure 2) réalisés dans le support 132. Ces nervures de refroidissement 27, annulaires, sont balayées de manière idéale par le courant d'air engendré par le rotor 11 qui tourne avec l'intervalle axial dans le cylindre enveloppant 133; une grande partie de la chaleur dégagée par les transistors de commutation 20 est ainsi éva- cuée par le support 132 et par les nervures de refroidisse- ment 27. Un autre passage pour l'énergie traverse le support 132 dans le cylindre enveloppant 133; ce dernier porte sur son côté extérieur non tourné vers le rotor 11, des nervures axiales 29 qui évacuent bien la chaleur du cylindre envelop- pant 133 vers l'extérieur. De plus, il existe également un troisième chemin conducteur de chaleur passant par les tran- sistors de commutation 20 et la masse coulée 26 pour arriver au couvercle 23 rayonnant à son tour la déperdition calorifi- que vers l'environnement. Pour améliorer l'échange d'air de l'intérieur du moteur et ainsi une évacuation rapide de l'air qui se chauffe de lui-même au niveau des nervures de refroidissement 27, vers l'extérieur, on a d'une part des orifices de passage d'air 30 prévus dans le fond du pot du rotor 11 en forme de pot et d'autre part dans le fond du couvercle 23, on a des ouvertures 31 qui se poursuivent par les tourillons 32 réali- sant une seule pièce avec le couvercle 23; ces tourillons creux s'étendent à leur tour jusqu'au niveau des passages 28 du support 132 et sont alignés sur les passages 28. Les ou- vertures 31 et les passages 28 du support 132 de même que les orifices de passage d'air 30 du rotor 11 garantissent un ex- cellent échange d'air à l'intérieur du moteur, si bien que globalement, le corps de base 13, bon conducteur de chaleur qui est fabriqué en magnésium ou en aluminium, peut évacuer toute la chaleur de déperdition provenant des transistors de puissance 20, pour les échanger très rapidement avec l'air échangé en permanence. Au centre du couvercle 23, il est prévu une ou- verture 33 supplémentaire qui se prolonge également par un téton creux 34 arrivant jusqu'au moyeu de palier 131 ou jus- qu'au palier de l'arbre creux 17 réalisé comme palier à ca- lotte 35. L'axe du tourillon est aligné sur l'axe de l'arbre de rotor 17. Cette autre ouverture 33 pour l'extrémité de l'arbre 17 du rotor permet une extension du moteur d'entraînement à un second moteur. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Moteur électrique comprenant un rotor (11) du type à ro- tor extérieur, un stator (12) formé d'un corps de base (13) en une matière conductrice de la chaleur, un moyeu de palier (131) pour le rotor (11) et un support (132) partant radiale- ment du moyeu pour recevoir une plaque de circuit imprimé (19) garnie d'électroniques, et se trouve du côté du support (132) non tourné vers le rotor (11), caractérisé en ce que la surface radiale du support (132) tournée vers le rotor (11), comporte un grand nombre de nervures de refroidissement concentriques (27). 2 ) Moteur selon la revendication 1, caractérisé par des passages (28) prévus dans le support (132) qui arrivent de préférence au-delà des nervures ou ailettes de refroidis- sement concentriques (27) et subdivisent celles-ci en des segments d'arc distincts. 3 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque de circuit imprimé (19) est couverte par un couver- cle (23) fixé au support (132) et la cavité qui subsiste en- tre le couvercle (23) et le support (132) est remplie d'une masse coulée (26) ayant de bonnes propriétés de conduction thermique. 4 ) Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le fond du couvercle (23) comporte des ouvertures (31) se prolongeant jusque vers le support (132) sous la forme de tourillons creux (32) et qui sont alignés sur les passages (28) du support (132). ) Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rotor (11) est en forme de pot et le fond du pot en regard à une certaine distance axiale de la surface radiale du sup- port (132) comporte des orifices de passage d'air (30) 6 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps de base (13) comporte un cylindre enveloppant (133), monté axialement, en une seule pièce, par le bord contre le support (132) et qui passe axialement sur le rotor (11) en laissant un intervalle radial et du côté extérieur du cylin- dre enveloppant (133), non tourné vers le rotor (11), le cy- lindre comporte des nervures axiales (29) en saillie par rapport au cylindre. 7 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'électronique comporte des transistors de commutation (20) munis de surfaces de refroidissement (21) portées par la pla- que de circuit imprimé (19) pour que la surface de refroidis- sement (21) s'applique à plat sur la surface radiale du support (132) tournée vers la plaque de circuit imprimé (19). 8 ) Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les surfaces de refroidissement (21) sont pressées par des étriers à ressort (36) contre la surface radiale et les étriers à ressort (36) sont fixés au support (132) et pressés sur le côté de la plaque de circuit imprimé (19) non tourné vers les transistors de commutation (20). 9 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps de base (13) réalisé en une seule pièce avec le moyeu de palier (131), le support (132) et le cylindre enve- loppant (133) sont fabriqués en aluminium ou en magnésium.