Brevet FR2939253A1 — publié le 20100604

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A CONTROLEUR INTEGRE Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine électrique tournante à contrôleur intégré qui est une machine électrique tournante du type à enroulement d'induction équipé d'un contrôleur en tant que partie intégrante de celle-ci. Art antérieur Le document JP-A-2006-187094 présente un moteur-générateur comportant un corps principal de moteur- générateur dans lequel une partie de circuit d'onduleur et une partie de circuit de commande sont incorporées. Selon ce moteur-générateur, un câblage peut être rationalisé en formant des lignes de signaux à partir d'un motif sur une carte de commande. De plus, en séparant une ligne de signal d'un circuit d'induction et un canal à travers lequel un courant du circuit d'induction circule à partir d'un rotor et d'un stator, un circuit de commande d'un onduleur et des circuits et des parties associés à ce circuit de commande deviennent moins sensibles aux bruits résultant d'un flux de fuite à partir du rotor et du stator. Le document JP-A-2008-5676 présente une machine électrique tournante à contrôleur intégré incorporant une partie de circuit de commutation de courant de stator, une partie de commutation de courant d'induction, et un contrôleur de ces parties de circuit. Ce document décrit une configuration de la partie de circuit de commutation d'induction et une configuration dans laquelle une partie de condensateur est montée sur une carte de circuit sur laquelle la partie de circuit de commutation d'induction doit être montée. Dans le cas de la machine électrique tournante formée en intégrant le moteur-générateur et la partie d'onduleur, cependant, non seulement le circuit de commande de l'onduleur et les circuits et les parties associés à ce circuit de commande sont sensibles aux bruits résultant d'un flux de fuite provenant du rotor et du stator, mais également les bruits résultant d'un flux magnétique généré par une boucle des circuits du fait d'une variation brutale du courant dans l'élément de commutation d'induction se superposent à ceux-ci. En particulier, cette machine électrique tournante présente un problème en ce qu'une erreur angulaire apparaît lorsque des bruits se superposent à un signal de sortie d'un résolveur pour une détection d'angle de rotation prévu à l'intérieur du corps principal de la machine électrique tournante. Les canaux de câblage entre les circuits et les parties sont cruciaux afin d'éviter l'apparition d'un tel flux magnétique. Cependant, le document JP-A-2006-187094 ci-dessus ne parle pas d'une borne de batterie et de canaux de câblage. Le document JP-A-2008-5676 ci-dessus décrit la configuration de la partie de circuit de commutation d'induction et la forme conçue pour monter la partie de condensateur sur la carte de circuit sur laquelle la partie de circuit de commutation d'induction doit être montée. Cependant, ce document ne parle pas non plus de la position d'une borne de batterie, de l'agencement par rapport à la partie de condensateur et d'un procédé de connexion, et n'enseigne pas une contre-mesure efficace pour réduire les bruits qui se superposeront au résolveur. Résumé de l'invention Afin de résoudre les problèmes examinés ci-dessus, l'invention a pour objet de proposer une machine électrique tournante à contrôleur intégré capable de réduire les bruits qui se superposeront à une partie de détection de rotation, tel qu'un résolveur, en prévoyant des canaux de câblage entre les circuits et les composants. Une machine électrique tournante à contrôleur intégré selon un aspect de l'invention comprend un corps principal de machine électrique tournante comportant un enroulement de stator et un enroulement d'induction et pourvu d'une partie détection de rotation qui détecte un angle de rotation d'un arbre rotatif en combinant un enroulement et un noyau, une partie circuit de puissance qui commande la circulation d'un courant dans l'enroulement de stator en fonction d'une sortie de détection de la partie détection de rotation, une partie circuit de commutation d'induction qui commande la circulation d'un courant dans l'enroulement d'induction, et une partie condensateur connectée en parallèle à la partie circuit de puissance et à la partie circuit commutation d'induction, de manière que les deux extrémités de la partie condensateur soient connectées à une batterie externe. La partie condensateur est disposée plus près de la partie circuit de commutation d'induction que la partie détection de rotation et est connectée à la partie circuit de commutation d'induction par l'intermédiaire d'une borne de connexion commune. Selon la machine électrique tournante à contrôleur intégré de l'invention, les bruits inductifs générés par une variation de courant brutale lors de la commutation de la partie circuit de commutation d'induction peuvent être réduits en raccourcissant une boucle de câblage de la partie condensateur jusqu'à la partie circuit de commutation d'induction. Il devient ainsi possible d'éviter un dysfonctionnement du contrôleur en réduisant les bruits qui se superposeront à la partie détection de rotation. L'objet, les caractéristiques, les aspects et les avantages qui précèdent et d'autres de la présente invention deviendront plus évidents à partir de la description détaillée qui suit de la présente invention lorsqu'elle est lue conjointement avec les dessins joints. Brève description des dessins La figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant une machine électrique tournante à contrôleur intégré selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un schéma de circuit principal de 30 la machine électrique tournante à contrôleur intégré selon le premier mode de réalisation ; la figure 3 est une vue latérale en coupe partielle montrant un canal de câblage dans la machine électrique tournante à contrôleur intégré selon le premier mode de réalisation ; la figure 4 est une vue latérale en coupe partielle avec une section longitudinale d'une partie principale montrant le canal de câblage dans la machine électrique tournante à contrôleur intégré selon le premier mode de réalisation ; la figure 5 est une vue en perspective éclatée d'une partie principale selon le premier mode de réalisation ; la figure 6 est une vue latérale en coupe partielle montrant un autre exemple du canal de câblage dans la machine électrique tournante à contrôleur intégré selon le premier mode de réalisation ; la figure 7 est une vue latérale en coupe partielle avec une section longitudinale d'une partie principale montrant un autre exemple du canal de câblage dans la machine électrique tournante à contrôleur intégré selon le premier mode de réalisation ; la figure 8 est une section longitudinale d'une partie principale montrant une partie circuit de commutation d'induction dans une machine électrique tournante à contrôleur intégré selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 9 est une vue latérale en coupe partielle avec une section longitudinale d'une partie principale montrant un canal de câblage dans la machine électrique tournante à contrôleur intégré selon le deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 10 est une vue latérale en coupe partielle montrant un canal de câblage dans une machine électrique tournante à contrôleur intégré selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et la figure 11 est une vue latérale en coupe partielle montrant un autre exemple du canal de câblage dans la machine électrique tournante à contrôleur intégré selon le troisième mode de réalisation. Description des modes de réalisation préférés Premier mode de réalisation Les figures 1 à 5 sont des vues montrant une machine électrique tournante à contrôleur intégré selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une section longitudinale. La figure 2 est un schéma de circuit principal. La figure 3 est une vue latérale en coupe partielle montrant un canal de câblage. La figure 4 est une vue latérale en coupe partielle avec une section longitudinale d'une partie principale montrant le canal de câblage. La figure 5 est une vue en perspective éclatée d'une partie principale. En faisant référence à la figure 1, la machine électrique tournante à contrôleur intégré comporte un stator 2a et un rotor 3 supportés chacun sur une paire de supports la et lb. Le rotor 3 est pourvu d'un enroulement d'induction 4 pour générer une force magnétomotrice, d'une bague collectrice 5 et d'un ventilateur de refroidissement 6. A l'arrière du support lb du côté opposé à la poulie, un porte-balais 8 comportant un balai 7 en contact avec la bague collectrice 5, une partie circuit de puissance 20 qui applique un courant alternatif à un enroulement de stator 2b, une partie circuit de commutation d'induction 30 qui applique un courant à l'enroulement d'induction 4 et une partie condensateur 40 sont montés séparément. Un boîtier 50 comportant un résolveur 9, qui est une partie détection de rotation qui détecte un angle de rotation, est disposé à l'arrière de la partie circuit de puissance 20 et de la partie de circuit de commutation d'induction 30 dans la direction d'arbre de rotation. La partie circuit de puissance 20 est formée de manière à ce qu'un élément de commutation à semi-conducteurs 21 pour un circuit de puissance qui applique un courant à l'enroulement de stator 2b soit monté sur un dissipateur de chaleur 22 pour refroidir le circuit de puissance. Comme montré sur la figure 2, elle commande la circulation d'un courant dans l'enroulement de stator 2b en commandant un fonctionnement de l'élément de commutation à semi-conducteurs 21 connecté à une batterie 70 en fonction d'une sortie de détection du résolveur 9. La partie circuit de puissance 20 est pourvue d'une borne de connexion de batterie 24 à connecter à une borne de batterie et d'une borne de connexion P 25 à connecter à une borne de condensateur P (+) 43 de la partie condensateur 40 et à une borne d'induction P 35 du circuit de commutation d'induction 30 (voir la figure 3 et la figure 4). La partie circuit de commutation d'induction 30 est formée en joignant une carte de circuit 31 sur laquelle sont montés les éléments de commutation d'induction à semi-conducteurs 30a et 30b qui appliquent un courant à l'enroulement d'induction 4, des diodes de roue libre 30c et 30d et un circuit intégré de commande (non montré) au dissipateur de chaleur de refroidissement d'induction 32 et également à un boîtier en résine 33. A la différence d'une machine électrique, les éléments de commutation d'induction à semi-conducteurs 30a et 30b utilisent des transistors MOSFET, qui sont des éléments actifs, et chacun d'eux est connecté à un condensateur 41 de la partie condensateur 40 par l'intermédiaire d'une ligne de puissance, telle qu'une barre omnibus (voir la figure 2). En tant que carte de circuit 31, par exemple, un substrat en céramique ou un substrat métallique est utilisé. La partie condensateur 40 est formée en joignant le condensateur 41 à un boîtier en résine 42 dans lequel des matériaux de câblage sont insérés. La partie circuit de commutation d'induction 30 et la partie condensateur 40 sont montées séparément sur le support lb. La borne P de chacune d'elles est fixée à la borne de connexion P 25 prévue sur la partie circuit de puissance 20 et la borne N (-) de chacune d'elles est connectée au support lb (voir la figure 3 et la figure 4). Comme montré sur la figure 2, il y a deux boucles de câblage dans un circuit principal dans la machine électrique tournante à contrôleur intégré. L'une est une boucle induction-à-condensateur 51 entre les éléments de commutation d'induction 30a et 30b et le condensateur 41, et l'autre est une boucle batterie-àcondensateur 52 entre la batterie 70 et le condensateur 41. La machine électrique tournante à contrôleur intégré nécessite le porte-balais 8 comportant le balai 7 pour appliquer un courant à l'enroulement d'induction 4. Pour permettre à la partie circuit de commutation d'induction 30 d'appliquer un courant à l'enroulement d'induction 4 par l'intermédiaire du balai 7, il est préférable que la partie circuit de commutation d'induction 30, le balai 7 et le porte-balais 8 soient disposés à proximité étroite les uns des autres. Par contre, le support lb fait saillie autour du résolveur 9 de manière à maintenir le boîtier 50, et cette partie faisant saillie sert d'élément de blindage électromagnétique lors de l'apparition d'un courant de Foucault. Les bruits générés pendant le fonctionnement des éléments de commutation d'induction 30a et 30b peuvent ainsi être réduits. Cependant, un champ magnétique fuit à travers une ouverture dans une partie d'insertion de balai et atteint le résolveur 9. Par conséquent, les bruits générés pendant le fonctionnement des éléments de commutation d'induction 30a et 30b sont inévitablement superposés au résolveur 9. Ainsi, afin de réduire les bruits qui se superposeront au résolveur 9, il est nécessaire de réduire les champs magnétiques générés par la partie circuit de commutation d'induction 30. De plus, afin de commander un courant appliqué à l'enroulement d'induction 4 par la partie circuit de commutation d'induction 30 avec un haut degré de précision, le procédé PWM est adopté en tant que procédé de commande. Selon ce procédé, cependant, la fréquence de commutation des éléments de commutation d'induction 30a et 30b est sensiblement augmentée comparée au procédé de conduction à impulsions rectangulaires. Par conséquent, des bruits sont plus fréquemment superposés à un signal de sortie de détection du résolveur 9. Cela est attribué à un champ magnétique qui se développe dans la boucle induction-à-condensateur 51 du fait d'une variation brutale du courant circulant dans le circuit d'induction lors de la commutation. Un champ magnétique se développe plus souvent alors que le nombre de commutations augmente, et des bruits sont plus fréquemment superposés au résolveur 9. Ainsi, afin de réduire les bruits, il est nécessaire d'éviter le développement d'un champ magnétique en raccourcissant la boucle induction-à-condensateur 51. Ci-après, une description va être donnée d'une configuration pour raccourcir la boucle induction-àcondensateur 51 en disposant la partie circuit de commutation d'induction 30 et la partie circuit de condensateur 40 à proximité étroite l'une de l'autre. Les deux parties de circuit sont disposées à proximité étroite l'une de l'autre afin de raccourcir la boucle induction-à-condensateur 51. En tant que procédé de disposition de ces composants, au moins la partie condensateur 40 est disposée à proximité étroite de la partie circuit de commutation d'induction 30 en disposant la partie condensateur 40 et la partie circuit de commutation d'induction 30 l'une au-dessus de l'autre sur le support lb dans la direction axiale, comme montré sur la figure 1. Les positions de connexion P(+) et N(-) de la partie circuit de commutation d'induction 30 et de la partie condensateur 40 sont situées immédiatement à l'extérieur de la partie circuit de commutation d'induction 30 et de la partie condensateur 40. En outre, du côté P de la borne de connexion, une partie de rebord est prévue sur chacune de la partie circuit de puissance 20, de la partie circuit de commutation d'induction 30 et de la partie condensateur 40 pour former la borne de connexion P 25, la borne d'induction P 35 et la borne de condensateur P 43, respectivement, et ces bornes sont connectées en un point (voir la figure 3, la figure 4 et la figure 5). Du côté N de la borne de connexion, un rebord est prévu sur chacune de la partie circuit de commutation d'induction 30 et de la partie condensateur 40 pour former une borne d'induction N 34 et une borne de condensateur N 44, respectivement. Ces bornes sont également connectées en un point et fixées au support lb également à ce moment (voir la figure 3, la figure 4 et la figure 5). Comme cela a été décrit, la disposition de la partie condensateur 40 et la partie circuit de commutation d'induction 30 l'une au-dessus de l'autre dans la direction axiale et en connectant les bornes N, qui sont fixées au support en différents points dans l'art associé, en un point, permet non seulement de raccourcir le canal de câblage s'étendant sur le support lb, mais également que le canal dans la partie circuit de commutation d'induction 30 et le canal dans la partie condensateur 40 puissent être des câblages parallèles les uns aux autres. Cela résulte en une réduction des bruits. Comme cela est montré sur la figure 6 et la figure 7, dans un cas dans lequel les positions de la borne d'induction P 35, de la borne de condensateur P 43 et de la borne de connexion P 25 de la partie circuit de puissance 20 sont modifiées de sorte qu'elles se rapprochent plus étroitement les unes des autres, le canal de câblage de la boucle batterie-à-condensateur 52 peut être raccourci davantage. Il est par conséquent possible de réduire davantage les bruits. Comme cela a été décrit, selon le premier mode de réalisation, une machine électrique tournante à contrôleur intégré comprend le corps principal de machine électrique tournante comportant l'enroulement de stator 2b et l'enroulement d'induction 4 et pourvu d'une partie détection de rotation, telle que le résolveur 9, qui détecte un angle de rotation de l'arbre rotatif en combinant un enroulement et un stator, la partie circuit de puissance 20 qui commande une circulation de courant dans l'enroulement de stator en fonction d'une sortie de détection du circuit de détection de rotation, la partie circuit de commutation d'induction 30 qui commande la circulation d'un courant dans l'enroulement d'induction, et la partie condensateur 40 connectée en parallèle avec la partie circuit de puissance 20 et la partie circuit de commutation d'induction 30, de manière que les deux extrémités de la partie condensateur 40 soient connectées à la batterie externe 70. La partie condensateur 40 est disposée plus près de la partie circuit de commutation d'induction 30 que la partie détection de rotation et est également connectée à la partie circuit de commutation d'induction 30 par l'intermédiaire d'une borne de connexion commune. Cette configuration permet de raccourcir le canal de câblage dans la boucle induction-à-condensateur 51 entre la partie circuit de commutation d'induction 30 et la partie condensateur 40. Les bruits qui se superposeront à la partie détection de rotation, telle que le résolveur 9, peuvent ainsi être réduits. De plus, la partie circuit de commutation d'induction 30 et la partie condensateur 40 sont prévues en tant que composants séparés. Il est par conséquent possible de modifier ou de combiner les parties à utiliser selon les spécifications de la machine électrique tournante à contrôleur intégré. Deuxième mode de réalisation La boucle de câblage dans la boucle induction-àcondensateur 51 peut être raccourcie en intégrant la partie de circuit de commutation d'induction 30 et la partie condensateur 40 du premier mode de réalisation ci-dessus en un seul élément, ce qui résulte en une réduction des bruits. Dans ce mode de réalisation, en tant que procédé d'intégration de la partie circuit de commutation d'induction 30 et de la partie condensateur 40 en un seul élément, comme montré sur la figure 8, un boîtier 60 contenant le condensateur 41 est utilisé, et la carte de circuit 31 sur laquelle sont montés les éléments de commutation d'induction 30a et 30b est fixée au boîtier 60 comme si le couvercle était placé sur celui-ci. Cette configuration peut réduire une surface entre le condensateur 41 et la carte de circuit 31. La carte de circuit 31 sur laquelle sont montés les éléments de commutation d'induction 30a et 30b est soudée aux bornes à l'intérieur du boîtier 60. L'utilisation du soudage permet de fixer les bornes directement à la carte de circuit 31. La boucle induction-à-condensateur 51 peut ainsi être raccourcie. En outre, comme montré sur la figure 9, en montant le condensateur 41 directement sur un motif de câblage 36 sur la carte de circuit 31 utilisée pour la partie circuit de commutation d'induction 30, il est possible de raccourcir la boucle induction-à-condensateur 51 entre les éléments de commutation d'induction 30a et 30b et le condensateur 41. En outre, les directions de développement de champ magnétique peuvent être alignées dans une direction unique. En particulier, lorsque le procédé PWM est adopté en tant que procédé de commande, les bruits de commutation peuvent être réduits en raccourcissant la boucle induction-à-condensateur 51. Les bruits qui se superposeront peuvent ainsi être réduits. De plus, le bruit peut également être réduit en fixant la position de la carte de circuit 31 par rapport à l'enroulement de résolveur de sorte que la direction d'un champ magnétique développé à partir de la carte de circuit 31 devienne perpendiculaire à l'enroulement de résolveur. Sur la figure 9, la carte de circuit 31 est fixée perpendiculairement à la direction axiale de la machine électrique tournante et est fixée à la position à laquelle le champ magnétique devient perpendiculaire à l'enroulement de résolveur. Cependant, on devrait apprécier que la carte de circuit 31 peut être fixée parallèlement à la direction axiale. Dans ce cas, également, la carte de circuit 31 est fixée à la position à laquelle le champ magnétique devient perpendiculaire à l'enroulement de résolveur. Selon le deuxième mode de réalisation, en montant le condensateur 41 sur la carte de circuit 31 de manière à former un élément d'un seul tenant, il devient possible d'aligner les directions de développement de champ magnétique dans la boucle induction-à-condensateur 51 dans une direction unique. Par ailleurs, la carte de circuit 31 est prévue de sorte que la direction d'un champ magnétique devienne perpendiculaire à l'enroulement de résolveur, ce qui résulte en une réduction des bruits. Troisième mode de réalisation Dans ce mode de réalisation, la boucle batterie-à- condensateur 52, qui est le canal de câblage entre la borne de connexion de batterie 24 et la borne de condensateur P 43, peut être raccourcie en déplaçant la borne de connexion de batterie 24 des premier et deuxième modes de réalisation ci-dessus dans une direction périphérique externe de la machine électrique tournante. La boucle batterie-à-condensateur 52 peut ainsi être espacée du résolveur 9, ce qui résulte en une réduction des bruits. Par opposition à la boucle batterie-à-condensateur 52 de la borne de connexion de batterie 24 jusqu'à la borne de condensateur P 43 de la figure 1, la boucle batterie-à-condensateur 52 de la figure 10 est raccourcie en prévoyant la borne de condensateur P 43 du côté de la borne de batterie. Les bruits générés par la boucle de câblage peuvent ainsi être réduits. En outre, en déplaçant la borne de connexion de batterie 24 vers la périphérie extérieure de la machine électrique tournante comme montré sur la figure 11, la boucle batterie-à-condensateur 52 peut être espacée du résolveur 9. Les bruits peuvent ainsi être réduits. Par ailleurs, comme montré sur la figure 11, en plus de déplacer la borne de connexion de batterie 24 vers la périphérie extérieure de la machine électrique tournante, en disposant également la borne de connexion de batterie 24 plus près de la borne de condensateur P 43, la boucle batterie-à-condensateur 52 peut être raccourcie davantage, ce qui résulte en une réduction des bruits. Selon le troisième mode de réalisation, il est possible de raccourcir davantage la boucle de câblage en disposant la borne de connexion de batterie 24 du côté périphérique externe de la machine électrique tournante de sorte qu'elle soit disposée plus près de la borne de condensateur P 43. Les bruits peuvent ainsi être réduits. Divers changements et modifications seront évidents aux hommes du métier sans s'écarter de l'étendue de la présente invention et, on devrait comprendre que celle-ci n'est pas limitée aux modes de réalisation illustratifs exposés ici. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante à contrôleur intégré, comprenant . un corps principal de machine électrique tournante comportant un enroulement de stator (2b) et un enroulement d'induction (4) et pourvu d'une partie de détection de rotation (9) qui détecte un angle de rotation d'un arbre rotatif en combinant un enroulement et un noyau, une partie circuit de puissance (20) qui commande la circulation d'un courant dans l'enroulement de stator (2b) en fonction d'une sortie de détection de la partie détection de rotation (9), une partie circuit de commutation d'induction (30) qui commande la circulation d'un courant dans l'enroulement d'induction (4), et une partie condensateur (40) connectée en parallèle avec la partie circuit de puissance (20) et la partie circuit de commutation d'induction (30) de manière que les deux extrémités de la partie condensateur (40) soient connectées à une batterie externe (7 0) , dans laquelle la partie condensateur (40) est disposée plus près de la partie circuit de commutation d'induction (30) que la partie détection de rotation (9) et est connectée à la partie circuit de commutation d'induction (30) par l'intermédiaire d'une borne de connexion commune. 2. Machine électrique tournante à contrôleur 30 intégré selon la revendication 1, dans laquelle :d'un côté P de la borne de connexion, une partie de rebord est prévue sur chacune de la partie circuit de puissance (20), de la partie circuit de commutation d'induction (30) et de la partie condensateur (40) pour former une borne de connexion P (25), une borne d'induction P (35) et une borne de condensateur P (43), respectivement, toutes étant connectées en un point. 3. Machine électrique tournante à contrôleur intégré selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle : d'un côté N de la borne de connexion, une partie de rebord est prévue sur chacune de la partie circuit de commutation d'induction (30) et de la partie condensateur (40) pour former une borne d'induction N (34) et une borne de condensateur N (44), respectivement, les deux étant connectées en un point. 4. Machine électrique tournante à contrôleur intégré selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 3, comprenant en outre : un boîtier (60) dans lequel la partie condensateur (40) et la partie circuit de commutation d'induction (30) sont logées d'un seul tenant en tant qu'élément unique. 25 5. Machine électrique tournante à contrôleur intégré selon la revendication 4, dans laquelle : la partie condensateur (40) et la partie circuit de commutation d'induction (30) sont connectées 30 électriquement l'une à l'autre à l'intérieur du boîtier. 6. Machine électrique tournante à contrôleur intégré selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle : la partie condensateur (40) est montée sur une carte de circuit (31) qui est logée dans la partie circuit de commutation d'induction (30). 7. Machine électrique tournante à contrôleur intégré selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 6, dans laquelle : une borne de connexion externe (24) pour connecter la partie condensateur (40) à la batterie (70) est prévue d'un côté périphérique externe du corps principal de machine électrique tournante espacé de la 15 partie détection de rotation (9). 8. Machine électrique tournante à contrôleur intégré selon la revendication 7, dans laquelle : la borne de connexion externe (24) est disposée à 20 proximité étroite de la partie condensateur (40).