Brevet FR3017501A1 — publié le 20150814

MACHINE ELECTRIQUE ROTATIVE A ORGANE DE COMMANDE INTEGRE CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine électrique rotative à organe de commande intégré, dans laquelle une machine électrique rotative et un organe de commande pour commander la machine électrique rotative sont configurés de manière intégrée. Description de l'art connexe Une machine électrique rotative à organe de commande intégré montée sur un véhicule, comme une voiture, comprend un circuit de conversion d'énergie pour effectuer une conversion d'énergie entre un enroulement d'induit de la machine électrique rotative et une batterie fournie à l'extérieur de la machine électrique rotative. Le circuit de conversion d'énergie comprend de manière générale une pluralité de modules d'énergie contenant un dispositif de commutation basé sur semi-conducteurs et fonctionne en tant qu'inverseur ou convertisseur sous le contrôle d'un signal de grille appliqué à la grille de ces dispositifs de commutation. Lorsque la machine électrique rotative est amenée à fonctionner en tant que moteur, le circuit de conversion d'énergie est amené à fonctionner en tant qu'inverseur qui convertit l'énergie de courant continu de la batterie en énergie de courant alternatif à fournir à l'enroulement d'induit de la machine électrique rotative. Par ailleurs, lorsque la machine électrique rotative est amenée à fonctionner en tant que générateur, le circuit de conversion d'énergie est amené à fonctionner en tant que convertisseur qui convertit une énergie de courant alternatif induite dans l'enroulement d'induit de la machine électrique rotative en énergie de courant continu à fournir à la batterie. Dans une machine électrique rotative à organe de commande intégré configurée comme cela a été décrit ci-dessus, entre une borne d'entrée/sortie d'énergie de l'enroulement d'induit de la machine électrique rotative et une borne d'entrée/sortie d'énergie qui est une borne de côté de courant alternatif d'un module d'énergie compris dans le circuit de conversion d'énergie, et à une borne d'entrée/sortie d'énergie qui est une borne de côté de courant continu du module d'énergie, une barre omnibus comprend un couplage électrique et au moins un couplage mécanique autre que le couplage électrique, et la barre omnibus est couplée électriquement à une borne par le couplage électrique et elle est couplée mécaniquement à un dissipateur de chaleur ou à un support par l'au moins un couplage mécanique avec un isolateur entre eux (cf. par exemple le document de brevet 1 : WO 2012/081068). Néanmoins, la machine électrique rotative à organe de commande intégré conventionnelle, telle qu'elle est décrite dans le document de brevet 1, pâtit du problème suivant : puisqu'un boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie est directement pressé dans la barre omnibus, lorsque de l'eau de mer ou un élément similaire pénètre de l'extérieur dans la tête du boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie, la zone entourant l'ajustement de serrage de la barre omnibus se détériore par corrosion électrolytique et, en fin de compte, une fissure se produit dans la zone entourant l'ajustement de serrage de la barre omnibus sous l'effet de la vibration du moteur et l'énergie correcte n'est alors plus fournie au module d'énergie. En outre, un autre problème est que la barre omnibus a besoin d'une longueur d'ajustement de serrage qui fournit une surface de jointure mécanique et qui, compte tenu du problème susmentionné, a besoin d'une épaisseur inutilement grande de la barre omnibus indépendamment de la génération de chaleur par l'électricité, ce qui engendre un agrandissement. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Pour résoudre le problème susmentionné rencontré dans les machines électriques rotatives conventionnelles, un objet de la présente invention prévoit une machine électrique rotative à organe de commande intégré dans laquelle la résistance à la corrosion électrolytique est améliorée de manière générale dans la surface de couplage électrique entre le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie et la barre omnibus, et le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie et la barre omnibus sont diminués en taille. Une machine électrique rotative à organe de commande intégré selon l'invention comprend : un boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie relié à une unité de circuit d'énergie fournie entre une alimentation d'énergie externe et un enroulement de stator d'un corps principal de machine électrique rotative ; une plaque pressée dans le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie et venant en butée contre un conducteur d'entrée/sortie d'énergie ; une barre omnibus reliée au conducteur d'entrée/sortie d'énergie ; et un module d'énergie relié à la barre omnibus et à l'enroulement de stator, dans laquelle le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie et la barre omnibus sont séparés l'un de l'autre. Avantageusement le boulon de borne d'entrée/sortie 10 d'énergie passe à travers un trou traversant fourni dans le conducteur d'entrée/sortie d'énergie, et le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie est relié électriquement au conducteur d'entrée/sortie d'énergie. Avantageusement le boulon de borne d'entrée/sortie 15 d'énergie est relié à la barre omnibus par l'intermédiaire du conducteur d'entrée/sortie d'énergie. Avantageusement la plaque est constituée d'un métal ayant une tendance à l'ionisation supérieure à celle de la barre omnibus. 20 Avantageusement la plaque est constituée d'un métal qui est l'un des métaux suivants : aluminium, fer ou zinc. Avantageusement la machine électrique rotative à organe de commande intégré comprend en outre : 25 un dissipateur de chaleur sur lequel sont montés les modules d'énergie pour refroidir les modules d'énergie ; et un couplage de boîtier de l'unité de circuit d'énergie fixé au dissipateur de chaleur, 30 dans laquelle la plaque est enfouie dans le couplage de boîtier, et dans laquelle le conducteur d'entrée/sortie d'énergie est formé avec la surface supérieure du couplage de boîtier exposée. Selon la machine électrique rotative à organe de 5 commande intégré de l'invention, la résistance à la corrosion électrolytique peut être améliorée dans la surface de couplage électrique entre le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie et la barre omnibus, et le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie et la barre 10 omnibus peuvent être diminués en taille. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Les objets, caractéristiques, aspects et avantages susmentionnés de la présente invention ainsi que 15 d'autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention vont devenir plus apparents à partir de la description détaillée suivante de la présente invention en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 20 la figure 1 est une vue en coupe transversale verticale d'un générateur électrique à organe de commande intégré selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue latérale en coupe 25 partielle du côté arrière représentant la configuration d'une unité de circuit d'énergie du générateur électrique à organe de commande intégré selon le premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 est un schéma de circuit de la machine 30 électrique rotative à organe de commande intégré selon le premier mode de réalisation de l'invention ; et la figure 4 est une vue en coupe transversale verticale représentant la partie principale de l'unité de circuit d'énergie de la machine électrique rotative à organe de commande intégré selon le premier mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue en coupe transversale 10 verticale d'une machine électrique rotative à organe de commande intégré selon un premier mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, une machine électrique rotative à organe de commande intégré pour un véhicule 100 15 comprend : un coeur de stator 3 soutenu par un support avant 1 et un support arrière 2 ; et un coeur de rotor 4 inséré dans l'espace intérieur du coeur de stator 3. Le coeur de rotor 4 comprend une pluralité de pôles de rotor faisant face à la surface de circonférence 20 intérieure du coeur de stator 3 avec un entrefer entre eux. Un enroulement de stator 300, qui est un enroulement d'induit dans lequel une pièce de bobine est insérée dans une fente du coeur de stator 3, est 25 fixé au coeur de stator 3. Dans le premier mode de réalisation, l'enroulement de stator 300 est en liaison à six phases. Un enroulement de rotor 7, qui est un enroulement inducteur, est fixé au coeur de rotor 4. Le coeur de stator 3 et l'enroulement de stator 300 forment 30 un stator 5 d'un corps principal de machine électrique rotative 102. Le coeur de rotor 4 et l'enroulement de rotor 7 forment un rotor 13 du corps principal de machine électrique rotative 102. Le support avant 1 et le support arrière 2 sont serrés dans le sens les rapprochant l'un de l'autre par 5 une pluralité de boulons 101 pour prendre le coeur de stator 3 étroitement en sandwich. Un arbre de rotor 6 passant à travers le centre du coeur de rotor 4 est soutenu de manière à pouvoir tourner par un palier avant 61 soutenu par le support 10 avant 1 et un palier arrière 62 soutenu par le support arrière 2. Un ventilateur de refroidissement avant 51 et un ventilateur de refroidissement arrière 52 qui sont fixés à la face d'extrémité avant et à la face d'extrémité arrière du coeur de rotor 4 tournent en 15 relation avec le coeur de rotor 4 pour amener de l'air à s'écouler de l'extérieur vers l'intérieur respectivement du support avant 1 et du support arrière 2 pour refroidir l'intérieur du corps principal de machine électrique rotative 102. 20 Une poulie 12 est fixée à l'extrémité avant de l'arbre de rotor 6. Une courroie de transmission (non représentée) qui fonctionne avec l'arbre rotatif d'un moteur est enroulée autour de la poulie 12. Une paire de bagues collectrices 8 fixées à la face 25 circonférentielle de l'arbre de rotor 6 est en contact, de manière à pouvoir coulisser, avec une paire de balais 9 soutenus par un porte-balais 90. Un capteur de détection de position de pôles 10 configuré par un synchro-résolveur comprend : un rotor 30 de capteur 111 fixé à l'extrémité arrière de l'arbre de rotor 6 ; un stator de capteur 112 fixé au support arrière 2 faisant face au rotor de capteur 111 ; et un enroulement de capteur 113 fixé au stator de capteur 112. Une carte de circuit de commande 40 comprenant un 5 circuit de commande est contenue dans un boîtier de logement de carte 41 constitué d'une résine. Le circuit de commande fourni sur la carte de circuit de commande 40 commande l'opération de commutation d'un module d'énergie 21, comme cela va être décrit ci-après. Le 10 boîtier de logement de carte 41 est fixé à la surface extérieure d'un dissipateur de chaleur 23. Une unité de circuit d'énergie 20 est fixée à l'extérieur du support arrière 2 et comprend un circuit de conversion d'énergie pour effectuer une conversion 15 d'énergie entre l'enroulement de stator 300, qui est l'enroulement d'induit, et une batterie (non représentée). Le circuit de conversion d'énergie comprend six modules d'énergie 21, décrits ci-après, et fonctionne en tant qu'inverseur à six phases ou 20 convertisseur à six phases. La figure 3 est un schéma de circuit de la machine électrique rotative à organe de commande intégré selon le premier mode de réalisation de l'invention. Comme cela est représenté sur la figure 3, dans le 25 premier mode de réalisation, chaque module d'énergie 21 comprend deux dispositifs de commutation à semiconducteurs qui sont reliés en série et deux diodes qui sont chacune reliées antiparallèlement à chaque dispositif de commutation à semi-conducteurs 30 correspondant, l'intégralité d'entre eux étant encastrés dans une résine et configurés dans un ensemble. Les deux dispositifs de commutation à semiconducteurs intégrés au module d'énergie 21 sont reliés en série comme cela a été décrit ci-dessus. L'un des deux dispositifs de commutation à semi-conducteurs et la diode reliée antiparallèlement à celui-ci comprennent le bras d'électrode positive pour une phase du circuit de pont à six phases. L'autre des deux dispositifs de commutation à semi-conducteurs et la diode reliée antiparallèlement à celui-ci comprennent le bras d'électrode négative pour cette phase. Ensuite, le point de liaison en série entre les deux dispositifs de commutation à semi-conducteurs est relié à un enroulement de stator à une phase 300 de l'enroulement de stator à six phases. En conséquence, les six modules d'énergie 21 configurés comme cela a été décrit ci-dessus sont reliés à des bornes correspondantes 22a reliées à une borne B 24, comme cela va être décrit ci-après. La figure 2 est une vue latérale en coupe partielle du côté arrière représentant la configuration de l'unité de circuit d'énergie du générateur électrique à organe de commande intégré selon le premier mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 2, l'unité de circuit d'énergie 20 comprend : les six modules d'énergie 21 comprenant le circuit de conversion d'énergie à six phases pour commander la mise sous tension des enroulements de stator 300 ; le dissipateur de chaleur 23 sur lequel les modules d'énergie 21 sont montés avec une couche isolante (non représentée) entre eux ; un boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11 relié électriquement à l'électrode positive de la batterie ; la borne B 24 et une barre omnibus B 30 reliées électriquement au boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11 ; et un boîtier de circuit d'énergie 25. Comme cela est représenté sur la figure 1, le dissipateur de chaleur 23 est formé d'un matériau métallique, comme de l'aluminium coulé sous pression, et comprend un trou traversant 231 au centre. Sur la surface avant du dissipateur de chaleur 23, un nombre d'ailettes de refroidissement 23a s'étendant axialement vers le côté de stator du corps principal de machine électrique rotative 102 sont formées de manière intégrée. Le trou traversant 231 du dissipateur de chaleur 23 est traversé par l'arbre de rotor 6. Comme cela est représenté sur la figure 2, le boîtier de circuit d'énergie 25 est formé d'une résine et comprend un boîtier extérieur annulaire 251 et un boîtier intérieur annulaire 252. Le boîtier intérieur 252 comporte une paroi intérieure 255 formée pour entourer son trou traversant 254. La paroi intérieure 255 comprend une paroi intérieure du boîtier de circuit d'énergie 25. Le boîtier de circuit d'énergie 25 est fixé à la surface arrière du dissipateur de chaleur 23. Par conséquent, il est formé un contenant de module d'énergie 257 entouré par le boîtier extérieur 251 et le boîtier intérieur 252 du boîtier de circuit d'énergie 25 et la surface arrière du dissipateur de chaleur 23. Comme cela est représenté sur la figure 2, les six modules d'énergie 21, contenus dans le contenant de module d'énergie 257 et agencés en forme de U, sont espacés les uns des autres. Des couplages de carte de circuit de commande 260 reliés à la carte de circuit de commande 40 sont insérés dans le contenant de module 5 d'énergie 257. Les couplages de carte de circuit de commande 260 sont destinés à fournir un signal de grille à partir de l'organe de commande formé sur la carte de circuit de commande 40 à la grille du dispositif de commutation à semi-conducteurs des 10 modules d'énergie 21. Le contenant de module d'énergie 257, qui contient les modules d'énergie 21 et les couplages de carte de circuit de commande 260, est rempli d'une résine d'étanchéité à l'eau de circuit d'énergie 28. Par 15 conséquent, les modules d'énergie 21 et les couplages de carte de circuit de commande 260 sont encastrés dans la résine d'étanchéité à l'eau de circuit d'énergie 28 et sont protégés de l'eau par la résine d'étanchéité à l'eau de circuit d'énergie 28. 20 La borne B 24, en tant que borne reliée électriquement à l'électrode positive de la batterie externe, est moulée dans le boîtier intérieur 252 et un couplage de boîtier 253 dans le boîtier de circuit d'énergie 25. La borne B 24 est reliée électriquement 25 et mécaniquement aux bornes 22a et aux bornes 260a des couplages de carte de circuit de commande 260 des six modules d'énergie 21 par soudage ou brasage. On note que la borne B 24 est exposée sur la surface supérieure du couplage de boîtier 253 du boîtier de circuit 30 d'énergie 25. La barre omnibus 30 reliée électriquement à l'électrode positive de la batterie externe (à laquelle il est fait ci-après référence en tant que barre omnibus B) est fixée au dissipateur de chaleur 23 avec 5 des vis 31, 32 des deux côtés du boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11. On note que les coupes transversales représentées sont différentes entre la figure 1 et la figure 4. Sur la figure 4, la barre omnibus B 30 est fournie sur le côté arrière du dessin. 10 La borne B 24 est placée entre les modules d'énergie 21 et le dissipateur de chaleur 23. La borne B 24 est formée d'un matériau métallique, comme du cuivre. Comme cela est représenté sur la figure 4, une vis femelle formée est mise en prise par filetage avec une 15 vis 31 insérée à partir de la surface arrière du dissipateur de chaleur 23 à travers un isolateur 33 pour être fixée au dissipateur de chaleur 23 avec le couplage de boîtier 253 entre eux. La borne B 24 fournie sur le couplage de boîtier 20 253 du boîtier de circuit d'énergie 25 est reliée électriquement au boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11 avec une entretoise 42 entre eux par la force de serrage d'un écrou 36. Spécifiquement, comme cela est représenté sur la 25 figure 4, le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11 traverse le trou traversant fourni dans la borne B 24 avec la tête venant en butée contre un organe de fixation de boulon. Ensuite, le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11 est mis en prise par 30 filetage avec l'écrou 36, est fixé à la borne B 24 avec l'entretoise 42 entre eux et est pressé dans une plaque 43 enfouie dans le couplage de boîtier 253. Dans la machine électrique rotative à organe de commande intégré 100 selon le premier mode de réalisation de l'invention configurée comme cela a été décrit ci-dessus, le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11 est relié électriquement à l'électrode positive de la batterie fournie à l'extérieur de la machine électrique rotative à organe de commande intégré 100 par l'intermédiaire d'un faisceau de câbles de batterie ou d'un élément similaire (non représenté). En outre, la poulie 12 est couplée, par l'intermédiaire d'une courroie, à une poulie de côté de moteur à combustion interne (non représentée) fournie sur l'arbre de sortie d'un moteur à combustion interne. Lorsque la machine électrique rotative à organe de commande intégré 100 est amenée à fonctionner en tant que moteur, la commutation des dispositifs de commutation à semi-conducteurs des modules d'énergie 21 est commandée par un signal de grille provenant de l'organe de commande fourni sur la carte de circuit de commande 40 de manière à amener le circuit de conversion d'énergie, comprenant les modules d'énergie 21, à fonctionner en tant qu'inverseur. Avec cette commande, l'entrée d'énergie de courant continu sur les bornes 22a des modules d'énergie 21 à partir de la batterie à travers le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11, la borne B 24 et la barre omnibus B 30, est convertie, par l'inverseur comprenant les modules d'énergie 21, en une énergie de courant alternatif à six phases à fournir aux enroulements de phase individuels de l'enroulement de stator à six phases 300 à travers les bornes 22b des modules d'énergie 21. Par conséquent, une interaction entre un champ magnétique rotatif généré par l'enroulement de 5 stator 300 et un champ magnétique généré par l'enroulement de rotor (enroulement inducteur) 7 fourni sur le rotor 13 entraîne le rotor 13 pour transmettre une énergie de la poulie 12 au moteur à combustion interne par l'intermédiaire de la courroie. 10 Par ailleurs, lorsque la machine électrique rotative à organe de commande intégré 100 est amenée à fonctionner en tant que générateur, avec le rotor 13 entraîné par une énergie transmise à partir du moteur à combustion interne à la poulie 12 par l'intermédiaire 15 de la courroie, la commutation des dispositifs de commutation à semi-conducteurs des modules d'énergie 21 est commandée par un signal de grille provenant de l'organe de commande fourni sur la carte de circuit de commande 40 de manière à amener le circuit de 20 conversion d'énergie comprenant les modules d'énergie 21 à fonctionner en tant que convertisseur. Par conséquent, l'énergie de courant alternatif induite dans les enroulements de phase individuels de l'enroulement de stator 300 est appliquée aux modules 25 d'énergie 21 par l'intermédiaire des bornes 22b des modules d'énergie 21 et est convertie en énergie de courant continu par le convertisseur comprenant les modules d'énergie 21 à alimenter à partir des bornes 22a des modules d'énergie 21 à la batterie par 30 l'intermédiaire de la barre omnibus B 30, la borne 24, l'entretoise 42 et l'écrou 36. Puisque la machine électrique rotative à organe de commande intégré 100 selon le premier mode de réalisation de l'invention est configurée comme cela a été décrit ci-dessus, même lorsque de l'eau salée pénètre par la tête du boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 11 pour dissoudre la plaque 43 par corrosion électrolytique, la barre omnibus 30 comporte une structure qui n'est pas susceptible d'être dissoute, ce qui permet d'alimenter en énergie les modules d'énergie 21. La plaque 43 est formée d'un matériau métallique, comme de l'aluminium. Lorsque la plaque (AL) est formée d'un matériau ayant une tendance à l'ionisation supérieure à celle de la barre omnibus (Cu) et le métal, ayant la tendance à l'ionisation supérieure, comme de l'aluminium, est mis en contact avec l'organe de cuivre, l'aluminium peut se corroder sacrificiellement afin d'empêcher la corrosion de la barre omnibus en cuivre. L'aluminium se corrode en premier pour émettre des électrons, en fournissant de ce fait des électrons au cuivre, ce qui bloque l'émission d'électrons du cuivre et ce qui assure un effet anticorrosif. En plus de l'aluminium, le fer et le zinc, qui sont des métaux ayant une tendance à l'ionisation supérieure à celle du cuivre, peuvent être utilisés pour la plaque. On note que, selon l'invention, les modes de réalisation peuvent être modifiés ou omis de manière appropriée à l'intérieur du périmètre de l'invention. L'homme du métier peut se rendre compte qu'il existe diverses modifications et altérations de la 30 présente invention conformes au périmètre et à l'esprit de la présente invention. Il faut bien comprendre que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustratifs décrits dans les présentes. REVENDICATIONS1. Machine électrique rotative à organe de 5 commande intégré, caractérisée en ce qu'elle comprend : une unité de circuit d'énergie (20) fournie entre une alimentation d'énergie externe et un enroulement de stator (300) d'un corps principal de machine électrique rotative (102) ; 10 un boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie (11) fourni dans l'unité de circuit d'énergie (20) et relié électriquement à l'alimentation d'énergie externe ; une plaque (43) pressée dans le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie (11) et venant en butée 15 contre un conducteur d'entrée/sortie d'énergie (24) ; une barre omnibus (30) reliée au conducteur d'entrée/sortie d'énergie (24) ; et un module d'énergie (21) relié à la barre omnibus (30) et à l'enroulement de stator (300), 20 dans laquelle le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie (11) et la barre omnibus (30) sont séparés l'un de l'autre. 2. Machine électrique rotative à organe de 25 commande intégré selon la revendication 1, dans laquelle le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie (11) passe à travers un trou traversant fourni dans le conducteur d'entrée/sortie d'énergie (24), et le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie (11) est relié 30 électriquement au conducteur d'entrée/sortie d'énergie (24). 3. Machine électrique rotative à organe de commande intégré selon la revendication 1, dans laquelle le boulon de borne d'entrée/sortie d'énergie 5 (11) est relié à la barre omnibus (30) par l'intermédiaire du conducteur d'entrée/sortie d'énergie (24). 4. Machine électrique rotative à organe de 10 commande intégré selon la revendication 1, dans laquelle la plaque (43) est constituée d'un métal ayant une tendance à l'ionisation supérieure à celle de la barre omnibus (30). 15 5. Machine électrique rotative à organe de commande intégré selon la revendication 4, dans laquelle la plaque (43) est constituée d'un métal qui est l'un des métaux suivants : aluminium, fer ou zinc. 20 6. Machine électrique rotative à organe de commande intégré selon la revendication 1, qui comprend en outre : un dissipateur de chaleur (23) sur lequel sont montés les modules d'énergie (21) pour refroidir les 25 modules d'énergie (21) ; et un couplage de boîtier (253) de l'unité de circuit d'énergie (20) fixé au dissipateur de chaleur (23), dans laquelle la plaque (43) est enfouie dans le couplage de boîtier (253), etdans laquelle le conducteur d'entrée/sortie d'énergie (24) est formé avec la surface supérieure du couplage de boîtier (253) exposée.