Brevet FR3017502A1 — publié le 20150814

Système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l'électrotechnique, et concerne plus précisément un système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique. Les architectures de véhicules électriques ou hybrides basées sur le concept d'un moteur électrique de traction entraînant un réducteur de vitesse, amènent beaucoup de courants de fuite dans les parties mécaniques de leurs groupes motopropulseurs électriques. Notamment les pistes de roulement et les dentures d'un tel groupe motopropulseur sont endommagés par les courants de fuite en provenance du rotor du moteur électrique correspondant, ces courants de fuite circulant de pièce en pièce jusqu'à une masse du groupe motopropulseur. Afin de limiter ces dégradations, il est intéressant de faciliter le passage de ces courants de fuite directement depuis l'arbre tournant du moteur électrique au carter du moteur électrique, relié par ailleurs à la masse du groupe motopropulseur, constituée le plus souvent par le châssis du véhicule. A cet effet, le brevet américain US7,136,271 propose un anneau métallique apte à être fixé au carter d'une machine électrique, cet anneau comportant des filaments conducteurs aptes à conduire par ionisation l'électricité statique présent sur l'arbre tournant de la machine électrique, jusqu'au carter de cette machine électrique. Cette solution est efficace, mais étant brevetée et sollicitée, elle est également très coûteuse. De plus les filaments conducteurs confinent l'espace entre l'arbre moteur et une partie du carter, ce qui induit des risques de pollution de cet espace par l'eau ou la poussière. La demande de brevet internationale W02013/086531 propose également une solution consistant à faire passer les courants de fuite entre l'arbre tournant d'une machine électrique et la masse de celle-ci, utilisant un anneau de déviation du courant, fixé au carter de la machine et comprenant des éléments conducteurs radiaux venant au contact de l'arbre tournant. Cependant ces éléments conducteurs ont une surface de contact importante avec l'arbre de la machine, provoquant une abrasion prématurée de celui-ci. De plus ils nécessitent un positionnement précis sur l'anneau de déviation afin d'assurer un contact permanent avec l'arbre malgré les différents défauts géométriques de fabrication ou de montage de celui-ci. Ce choix d'utiliser de tels éléments conducteurs rend cette solution complexe et coûteuse à fabriquer et à monter. Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique qui soit peu coûteux et s'adapte facilement aux dispersions de fabrication et/ou de montage de l'arbre tournant dans la machine électrique, pour assurer un contact électrique avec l'arbre tournant sans occasionner de frottements trop importants avec celui-ci. A cette fin, l'invention propose un système de mise à la masse d'un arbre tournant de machine électrique, comportant : -un cadre support destiné à être fixé à une partie fixe de ladite machine électrique, - un circuit conducteur apte à relier ledit cadre support à une masse de ladite machine électrique, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une lamelle conductrice élastique maintenue dans ledit cadre support, ladite lamelle conductrice élastique étant apte à être en contact et en appui élastique avec une surface latérale dudit arbre tournant lorsque ledit cadre support est fixé sur ladite partie fixe de ladite machine électrique. Grâce à l'invention, le contact entre le système de mise à la masse selon l'invention et l'arbre tournant est limité à des surfaces en appui élastique d'une lamelle conductrice, ce qui permet de facilement obtenir un contact entre l'arbre tournant et le système selon l'invention, sans réglage précis du positionnement de la lamelle conductrice. Selon une caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ledit appui élastique entre ladite lamelle conductrice élastique et ledit arbre tournant s'effectue sur une portion comprise entre 1 % et 4 `Vo de la circonférence dudit arbre tournant. Ainsi on limite les frottements sur l'arbre tournant et donc l'abrasion de celui-ci. Ces valeurs dépendent de la tension du courant de fuite à évacuer, mais aussi des matériaux utilisés et de la résistivité souhaitée de l'ensemble. Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite lamelle conductrice élastique forme un ruban dont la section transversale est un contour fermé concave. Cette configuration de lamelle conductrice permet une fixation et un montage de la lamelle conductrice dans le cadre support très simples et peu coûteux. Préférentiellement, ledit appui élastique entre ladite lamelle conductrice élastique et ledit arbre tournant s'effectue par mise en contrainte de ladite lamelle au niveau d'une ou plusieurs concavités dudit ruban. Ainsi la mise en contrainte de la lamelle ne nécessite pas de pièces additionnelles. De préférence, ladite section transversale dudit ruban est un contour fermé présentant trois concavités disposées sensiblement symétriquement par rapport au centre de symétrie dudit contour. Ainsi on obtient plus facilement un contact entre la lamelle conductrice élastique et l'arbre tournant, même si celui-ci présente des défauts de positionnement, tout en ayant un appui élastique de la lamelle occasionnant peu de frottements avec l'arbre tournant. Par « sensiblement » on entend ici à peu près, par exemple les concavités sont disposées angulairement régulièrement autour du contour, à 10% d'erreur angulaire près. Selon une autre caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ladite lamelle conductrice élastique est métallique. Le métal formant ladite lamelle conductrice élastique est par exemple en cuivre, ou en acier. Selon une autre caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ledit cadre support est un cylindre creux présentant une ouverture à chacune de ses bases, aptes à laisser passer ledit arbre tournant. Un tel cadre support est simple à réaliser et est suffisant pour maintenir la lamelle conductrice élastique autour de l'arbre sans ajout de pièces de fixation. Avantageusement, l'une desdites bases dudit cadre support est un couvercle amovible apte à permettre l'introduction de ladite lamelle conductrice élastique dans ledit cadre support. Ce couvercle permet le maintien axial de la lamelle conductrice dans le cadre support. Le couvercle présente éventuellement des orifices de sortie de pollution orientés en dehors du dispositif à protéger. Par exemple si ce dispositif est un groupe motopropulseur, et la lamelle située en sortie du réducteur de ce groupe motopropulseur, le couvercle présente des orifices permettant aux poussières ou à l'eau d'être évacués hors du réducteur du groupe motopropulseur. Selon une autre caractéristique avantageuse du système de mise à la masse selon l'invention, ledit cadre support étant destiné à être fixé à un carter de ladite machine électrique, et ladite masse étant connectée audit carter, ledit cadre support est conducteur, ledit circuit conducteur étant formé par ledit cadre support lui-même. On simplifie ainsi le circuit de connexion à la masse de l'arbre tournant. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente un système de mise à la masse selon l'invention, dans ce mode de réalisation préféré, - la figure 2 représente une lamelle conductrice élastique du système de mise à la masse, dans ce mode de réalisation préféré, - et la figure 3 représente un cadre support maintenant cette lamelle élastique, ainsi qu'un couvercle du cadre support, dans ce mode de réalisation préféré. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, un système de mise à la masse d'un arbre tournant AT d'une machine électrique comporte un cadre support CS, destiné à être fixé à une partie fixe de la machine électrique, telle que le stator ou le carter de cette machine. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le cadre support CS est destiné à être fixé au carter de la machine électrique, par des attaches telles que des vis ou des pattes métalliques, ou encore par frettage ou sertissage. Le carter de la machine électrique étant, dans ce mode de réalisation de l'invention, lui-même relié électriquement à la masse de la machine électrique, le cadre support CS est réalisé en métal, par exemple en aluminium, de manière à former un circuit conducteur reliant électriquement le cadre support CS et la masse de la machine électrique. En variante de réalisation, le cadre support n'est pas directement monté sur le carter mais par exemple sur un déflecteur en plastique de la machine électrique. Dans cette variante un circuit conducteur, tel qu'une piste de cuivre, relie électriquement le cadre support réalisé préférentiellement en métal, avec la masse de la machine électrique. Dans le mode préféré de réalisation de l'invention, le cadre support est un cylindre creux présentant une ouverture à chacune de ses bases, afin de permettre le passage de l'arbre tournant AT dans la machine électrique. Cependant en variante de réalisation il est possible d'utiliser un cadre support formé de plusieurs parties, ou de forme différente, par exemple en arc de cercle. Le cadre support CS maintient une lamelle conductrice élastique LC, représentée entièrement sur la figure 2. Dans ce mode de réalisation de l'invention, la lamelle conductrice élastique LC est un ruban métallique de cuivre. Cependant en variante il est possible d'utiliser une lamelle élastique en polymère rendu conducteur par ajout de particules conductrices, ou d'utiliser une lamelle en acier, ou en tout autre matériau conducteur suffisamment élastique pour assurer un contact permanent avec l'arbre tournant AT sans frottements trop importants. Cette lamelle conductrice élastique LC est positionnée dans le cadre support CS de manière à permettre la mise en contrainte de la lamelle LC lorsque le cadre support CS contenant la lamelle LC est fixé sur la machine électrique, l'arbre tournant AT passant au centre du cadre support CS. Cette mise en contrainte s'effectue par appui élastique de la lamelle conductrice élastique LC sur l'arbre tournant, au niveau de zones C1, C2, C3, où un contact électrique avec l'arbre tournant est possible. Ce contact entre la lamelle conductrice élastique LC par appui élastique sur l'arbre tournant AT représente entre 1% et 4% de la de la circonférence dudit arbre tournant. Les zones de contact C1, C2, C3 correspondent à des concavités de la lamelle conductrice métallique LC, celle-ci ayant la forme d'un ruban fermé en ses extrémités, dessinant un contour concave. Ici les concavités de la lamelle conductrice élastique LC sont disposées angulairement de manière régulière autour du ruban. Ce ruban présente une largeur comprise entre 2 et 10 millimètres, et préférentiellement de 5 millimètres. Cette forme particulière de la lamelle conductrice élastique LC permet d'obtenir une élasticité suffisante pour assurer un contact permanent sur l'arbre tournant AT malgré les différents défauts géométriques de la machine électrique, par exemple une excentration de l'arbre tournant AT ou une section transversale non parfaitement ronde de l'arbre tournant. En variante de réalisation, la lamelle conductrice élastique LC n'a pas la forme en poire écrasée du mode préféré de réalisation, mais présente une seule ou deux concavités. De plus la section transversale de la lamelle conductrice LC n'est pas forcément un contour fermé, la ou les concavités de la lamelle conductrice élastique LC pouvant être alors maintenues dans le cadre support CS au moyen de fixations. Dans encore une autre variante de réalisation la lamelle conductrice élastique comporte plus de trois concavités, par exemple si on souhaite diminuer sa largeur, pour diminuer sa résistivité tout en ayant un contact électrique suffisant. En référence à la figure 3, le cadre support CS est représenté avec un couvercle CV amovible, en forme d'anneau. En variante ce couvercle est fixé par sertissage ou soudure au reste du cadre support CS. De préférence, le montage du cadre support CS et de la lamelle conductrice élastique LC sur l'arbre tournant AT est facilité par la présence d'un chanfrein CH sur l'arbre tournant AT, représenté à la figure 1. Ce chanfrein divise l'arbre tournant en deux parties, l'une d'entre elles Z2 présentant un plus petit diamètre que l'autre partie Z1 située de l'autre côté du chanfrein CH. En enfilant le cadre support CS et la lamelle conductrice élastique LC sur l'arbre tournant AT par la partie Z2 de l'arbre tournant, la mise sous contrainte de la lamelle conductrice LC s'effectue naturellement à son passage par le chanfrein CH, vers la partie Z1 de l'arbre tournant AT. REVENDICATIONS1. Système de mise à la masse d'un arbre tournant (AT) de machine électrique, comportant : -un cadre support (CS) destiné à être fixé à une partie fixe de ladite machine électrique, - un circuit conducteur apte à relier ledit cadre support (CS) à une masse de ladite machine électrique, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une lamelle conductrice élastique (LC) maintenue dans ledit cadre support (CS), ladite lamelle conductrice élastique (LC) étant apte à être en contact et en appui élastique avec une surface latérale dudit arbre tournant (AT) lorsque ledit cadre support (CS) est fixé sur ladite partie fixe de ladite machine électrique. 2. Système de mise à la masse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit appui élastique entre ladite lamelle conductrice élastique (LC) et ledit arbre tournant (AT) s'effectue sur une portion comprise entre 1% et 4% de la circonférence dudit arbre tournant (AT). 3. Système de mise à la masse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite lamelle conductrice élastique (LC) forme un ruban dont la section transversale est un contour fermé concave. 4. Système de mise à la masse selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit appui élastique entre ladite lamelle conductrice élastique (LC) et ledit arbre tournant (AT) s'effectue par mise en contrainte de ladite lamelle (LC) au niveau d'une ou plusieurs concavités (C1, C2, C3) dudit ruban.30 5. Système de mise à la masse selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite section transversale dudit ruban est un contour fermé présentant trois concavités (C1, C2, C3) disposées sensiblement symétriquement par rapport au centre de symétrie dudit contour. 6. Système de mise à la masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite lamelle conductrice élastique (LC) est métallique. 7. Système de mise à la masse selon la revendication 6, caractérisé en ce que le métal formant ladite lamelle conductrice élastique (LC) est en cuivre, ou en acier. 8. Système de mise à la masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit cadre support (CS) est un cylindre creux présentant une ouverture à chacune de ses bases, aptes à laisser passer ledit arbre tournant (AT). 9. Système de mise à la masse selon la revendication 8, dans lequel l'une desdites bases dudit cadre support (CS) est un couvercle (CV) amovible apte à permettre l'introduction de ladite lamelle conductrice élastique (LC) dans ledit cadre support (CS). 10. Système de mise à la masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, ledit cadre support (CS) étant destiné à être fixé à un carter de ladite machine électrique, et ladite masse étant connectée audit carter, ledit cadre support (CS) est conducteur, ledit circuit conducteur étant formé par ledit cadre support (CS) lui-même.30