Brevet FR3032841A1 — publié le 20160819

-1- Dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques à courant continu. La présente invention concerne un dispositif porte balais, porte capteurs, pour rotor de machines électriques, et plus particulièrement pour rotor de machines électriques comportant un contrôle en couple. Les machines électriques, connues sous le nom d'e-machines, comportent une électronique intégrée de plus en plus puissante et qui est, par conséquent, de plus en plus volumineuse. Cela pose un problème de manque d'espace libre à l'arrière des machines en raison de l'espace utilisé pour l'électronique de puissance et le contrôle de cette électronique. En effet, les machines avec des balais ont pour fonction principale de fournir le rotor en alimentation électrique par lesdits balais. Cette fonction est réalisée généralement par un porte-balais (ou par un régulateur de porte-balais pour les alternateurs classiques). De plus, une autre fonction principale qui doit être remplie par de telles machines est la mesure de la position du rotor. En outre, avec les machines électriques, le contrôle de la machine est réalisé par une régulation de couple. Ainsi, afin d'avoir une bonne précision de ce couple il est nécessaire d'avoir une bonne précision sur la position du rotor. Il est connu d'effectuer cette mesure par l'utilisation de trois capteurs à effet Hall placés dans une unité de capteur et connectés à un onduleur ou directement à un module de commande, par exemple pour les générateurs de démarrage intégré. L'inconvénient de ces dispositifs est qu'ils sont volumineux, qu'ils nécessitent des connexions multiples également volumineuses et doivent être adaptés en fonction du nombre de paires de pôles du rotor. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif compact permettant à la fois d'alimenter le rotor électriquement et de mesurer avec 3032841 - 2 - précision la position dudit rotor, et ceci indépendamment du nombre de paires de pôles de ce dernier. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques remarquable en ce qu'il comprend : 5 - une partie porte balais configurée pour assurer la fonction d'alimentation en énergie électrique d'un rotor de machines électrique ; - une partie porte capteurs configurée pour assurer la fonction de mesure de la position dudit rotor. Le dispositif selon l'invention présente l'avantage d'être compact, et lo permet, à lui seul, d'alimenter le rotor et de mesurer la position de ce dernier. Selon un exemple de réalisation préféré : la partie porte balais comporte un boitier comprenant deux balais muni, chacun, d'une trace métallique constituant le routage pour la connexion desdits balais avec l'électronique de contrôle de la machine électrique 15 pour assurer l'alimentation en énergie électrique du rotor de ladite machine ; et la partie porte capteurs est constituée par un boitier comprenant trois capteurs à effet Hall, chaque capteur étant muni d'au moins trois traces métalliques correspondant à, une alimentation, une mesure et une 20 masse, et constituant un réseau de pliage définissant le routage pour la connexion desdits capteurs avec l'électronique de contrôle de la machine électrique, lesdits capteurs étant encore solidaires du palier fixe du rotor et coopérant avec un encodeur magnétique solidaire dudit rotor de sorte à permettre la mesure de la position du rotor. 25 Selon un exemple de réalisation préféré et avantageux, les capteurs situés aux extrémités présentent, chacun, quatre traces métalliques, les deux traces latérales de chaque capteur situé aux extrémités étant raccordées de sorte à former deux H superposés pouvant être court circuités ou shuntés selon un terme technique anglo saxon bien connu de l'homme du métier. Les deux 3032841 - 3 - mots « shunter » ou « court circuiter » sont synonymes et sont utilisés indifféremment dans le reste de la description. Ces configurations permettent une angulation variable entre deux capteurs adjacents, en fonction du nombre de paires de pôles du rotor. 5 Cette disposition caractéristique a pour avantage de fournir un dispositif compatible avec plusieurs configurations de rotor, en fonction du nombre de paire de pôles de ce dernier. Selon un exemple de réalisation avantageux, les alimentations et les masses des trois capteurs sont mutualisées de sorte à ne former qu'une seule 10 trace métallique pour l'alimentation et une seule trace métallique pour la masse avant la connexion avec l'électronique de contrôle. Selon un exemple d'exécution avantageux, les capteurs à effet Hall adjacents sont décalés angulairement, ce décalage angulaire variant en fonction du nombre de paire de pôles du rotor. 15 Selon un exemple de réalisation avantageux, ce décalage angulaire est compris entre 15° et 20°. Selon un exemple de réalisation avantageux, les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais sont configurées pour être connectées à l'électronique de contrôle du rotor. 20 Selon un premier exemple de réalisation, les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais sont configurées pour permettre leur connexion avec l'électronique de contrôle par soudage, lesdites traces métalliques étant alors munies de broches coudées. Cette configuration procure l'avantage de fournir un dispositif le plus 25 compact possible tout en permettant de déconnecter la partie porte balais ou la partie porte capteurs de l'électronique de contrôle, indépendamment l'une de l'autre. Par exemple lors d'opérations de maintenance. 3032841 - 4 - Selon un autre exemple de réalisation, lesdites traces métalliques sont munies de connecteurs automobiles surmoulées dans un connecteur mâle aptes à coopérer avec un connecteur femelle dont est munie l'électronique de contrôle, ces connecteurs garantissant l'étanchéité de la connexion entre lesdites traces 5 métalliques et ladite électronique de contrôle. Selon encore un autre exemple de réalisation, la connexion entre les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais et l'électronique de contrôle est réalisée par vissage du boitier porte-capteur et du boitier porte-balais avec le logement dont est munie l'électronique de commande, 10 la connexion étant alors réalisée par l'intermédiaire de broches de contact dont sont munies lesdites traces métalliques. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description détaillée qui suit et des dessins annexés dans lesquels : 15 La figure 1 est en perspective du dispositif porte balais, porte capteurs, selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective de la grille de connexion du dispositif de l'invention. La figure 3 est une vue en plan d'un second exemple de réalisation de la 20 grille de connexion capteurs, pour l'utilisation sur un rotor présentant six paires de pôles. La figure 4 est une vue en plan d'un premier exemple de réalisation de la grille de connexion capteurs, pour l'utilisation sur un rotor présentant huit paires de pôles. 25 On se réfère auxdits dessins pour décrire des exemples intéressants quoique nullement limitatifs, de réalisation du dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques à courant continu, selon l'invention. Le dispositif selon l'invention comprend : 3032841 - 5 - - une partie porte balais 1 configurée pour assurer la fonction d'alimentation en énergie électrique d'un rotor de machines électrique ; - une partie porte capteurs 2 configurée pour assurer la fonction de mesure de la position dudit rotor. 5 Selon le mode d'exécution représenté, la partie porte balais 1 est constituée par un boitier 1A renfermant deux balais 3,4 (connus en soi). Chaque balai 3, 4 est muni, d'une trace métallique, respectivement 3a, 4a, constituant le routage pour la connexion desdits balais avec l'électronique de contrôle de la machine électrique pour assurer l'alimentation en énergie 10 électrique du rotor de ladite machine par l'intermédiaire de bagues collectrices (non représentées). Par exemple, l'électronique de contrôle est constituée par une carte électronique connue en soi (non représentée). De manière connue en soi, la position du rotor est mesurée à l'aide de 15 trois capteurs à effet Hall 5, 6, 7, solidaires du palier fixe du rotor. Ces capteurs coopèrent avec un encodeur magnétique, par exemple constitué par un aimant annulaire, solidaire du rotor. Chaque capteur comprend au moins trois traces métalliques correspondant à une alimentation (5a, 6a, 7a), une mesure (5b, 6b, 7b) et une 20 masse (5c, 6c, 7c), constituant le routage pour la connexion desdits capteurs avec la carte électronique de contrôle de la machine électrique. Avantageusement, les alimentations 5a, 6a, 7a et les masses 5c, 6c, 7c des trois capteurs 5, 6, 7 sont mutualisées de sorte à ne former qu'une seule trace métallique 8 pour l'alimentation et une seule trace métallique 9 pour la 25 masse avant la connexion avec la carte électronique de contrôle. De préférence et avantageusement, les capteurs à effet Hall 5, 6, 7 sont disposés les uns à coté des autres et deux capteurs adjacents sont décalés d'un angle a, ce décalage angulaire est compris entre 15° et 20°. 3032841 - 6 - De manière avantageuse, les traces 5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c des capteurs 5, 6, 7 définissent un réseau de pliage permettant une angulation différente en fonction du nombre de paires de pôles du rotor. Avantageusement, les capteurs situés aux extrémités 5, 7 présentent, 5 chacun, quatre traces métalliques, respectivement 5a', 5a", 5b, 5c et 7a, 7b, 7c' et 7c", les deux traces latérales de chaque capteur situé aux extrémités, 5a' et 5a" d'une part et 7c', 7c" d'autre part, étant raccordées de sorte à former deux H superposés pouvant être shuntés selon le nombre de paires de pôles du rotor et, par conséquent, l'angulation désirée entre deux capteurs adjacents. 10 Ainsi, selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 3, dans le cas d'un rotor présentant six paires de pôles, les capteurs présentent, deux à deux, un écart angulaire de 20°. Pour cela, les traces latérales des capteurs situés aux extrémités sont shuntées de sorte que ce sont les traces distales 5a' et 7c" (c'est-à-dire les traces les plus éloignées du capteur central 6) qui sont 15 connectées. De même, selon l'exemple de réalisation représenté à la figure 4, dans le cas d'un rotor présentant huit paires de pôles, les capteurs présentent, deux à deux, un écart angulaire de 15°. Pour cela, les traces latérales des capteurs situés aux extrémités sont shuntées de sorte que ce sont les traces proximales 20 5a" et 7c' (c'est-à-dire les traces les plus rapprochées du capteur central 6) qui sont connectées. De la sorte, une seule et même grille de routage peut servir pour deux configurations de rotor différentes. Les traces métalliques issues des capteurs 5, 6, 7, à savoir, la trace 25 mutualisée d'alimentation 8, la trace mutualisée de la masse 9 et les traces des mesures 5b, 6b et 7b, et les traces métalliques issues de l'alimentation par balais à savoir 3a, 4a, sont configurées pour être connectées à l'électronique de contrôle du rotor. De préférence et avantageusement, les traces métalliques issues des capteurs 5, 6, 7, à savoir, la trace mutualisée d'alimentation 8, la trace 3032841 - 7 - mutualisée de la masse 9 et les traces des mesures 5b, 6b et 7b, et les traces métalliques issues de l'alimentation par balais à savoir 3a, 4a, sont configurées pour permettre leur connexion avec la carte électronique de contrôle par soudage, lesdites traces métalliques étant alors munies de broches coudées 5 (non représentées). La soudure peut être réalisée par soudage au laser ou par soudage étain. Ce mode de réalisation préconisé permet la déconnexion aisée de la partie porte balais ou de la partie porte capteurs de l'électronique de la machine, et ceci indépendamment l'une de l'autre, ce qui est avantageux lorsque, par 10 exemple lors d'opérations de maintenance, seule l'une des parties doit être changée, permettant ainsi une réduction des coûts. Selon un autre exemple de réalisation, lesdites traces métalliques sont munies de connecteurs automobiles surmoulées dans un connecteur mâle aptes à coopérer avec un connecteur femelle dont est munie l'électronique de contrôle, 15 ces connecteurs garantissant l'étanchéité de la connexion entre lesdites traces métalliques et ladite électronique de contrôle. Selon encore un autre exemple de réalisation, la connexion entre les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais et l'électronique de contrôle est réalisée par vissage du boitier porte-capteur et du 20 boitier porte-balais avec le logement dont est munie l'électronique de commande, la connexion étant alors réalisée par l'intermédiaire de broches de contact dont sont munies lesdites traces métalliques. Les boitiers porte balais -I A et porte capteurs 2A sont exécutés en matière plastique est peuvent être assemblés par tout moyen approprié connu ou réalisés 25 en une seule pièce. Le dispositif porte capteurs, porte balais selon l'invention est fixé, par exemple par vissage, au carter de la machine électrique. REVENDICATIONS1. Dispositif porte balais, porte capteurs pour rotor de machines électriques caractérisé en ce qu'il comprend : une partie porte balais (1) configurée pour assurer la fonction d'alimentation en énergie électrique d'un rotor de machines électrique ; une partie porte capteurs (2) configurée pour assurer la fonction de mesure de la position dudit rotor. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que : la partie porte balais (1) comporte un boitier (1A) comprenant deux balais (3, 4) muni, chacun, d'une trace métallique (3a, 4a) constituant le routage pour la connexion desdits balais avec l'électronique de contrôle de la machine électrique pour assurer l'alimentation en énergie électrique du rotor de ladite machine ; et la partie porte capteurs (2) est constituée par un boitier (2A) comprenant trois capteurs à effet Hall (5, 6, 7), chaque capteur étant muni d'au moins trois traces métalliques correspondant à, une alimentation (5a, 6a, 7a), une mesure (5b, 6b, 7b) et une masse (5c, 6c, 7c), et constituant un réseau de pliage définissant le routage pour la connexion desdits capteurs avec l'électronique de contrôle de la machine électrique, lesdits capteurs étant encore solidaires du palier fixe du rotor et coopérant avec un encodeur magnétique solidaire dudit rotor de sorte à permettre la mesure de la position du rotor. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs situés aux extrémités (5, 7) présentent, chacun, quatre traces métalliques (5a', 5a", 5b, 5c, 7a, 7b, 7c', 7c"), les deux traces latérales (5a', 5a" et 7c', 7c") de chaque capteur situé aux extrémités étant raccordées de sorte à former deux H superposés pouvant être shuntés. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les alimentations (5a, 6a, 7a) et les masses (5c, 6c, 7c) des trois capteurs sont mutualisées de sorte à ne former qu'une seule trace métallique (8) 3032841 - 9 - pour l'alimentation et une seule trace métallique (9) pour la masse avant la connexion avec l'électronique de contrôle. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les 5 capteurs à effet Hall adjacents sont décalés angulairement, ce décalage angulaire variant en fonction du nombre de paire de pôles du rotor. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ce décalage angulaire (a) est compris entre 15° et 20°. 10 7. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les traces métalliques issues des capteurs (5b, 6b, 7b, 8, 9) et les traces métalliques issues de l'alimentation par balais (3a, 4a) sont configurées pour être connectées à l'électronique de contrôle du rotor. 15 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais sont configurées pour permettre leur connexion avec l'électronique de contrôle par soudage, lesdites traces métalliques étant alors munies de broches 20 coudées. 9. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites traces métalliques sont munies de connecteurs automobiles surmoulées dans un connecteur mâle aptes à coopérer avec un connecteur femelle dont est 25 munie l'électronique de contrôle, ces connecteurs garantissant l'étanchéité de la connexion entre lesdites traces métalliques et ladite électronique de contrôle. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la connexion 30 entre les traces métalliques issues des capteurs et de l'alimentation par balais et l'électronique de contrôle est réalisée par vissage du boitier porte-capteur et du boitier porte-balais avec le logement dont est munie l'électronique de commande, la connexion étant alors réalisée par 3032841 -10- l'intermédiaire de broches de contact dont sont munies lesdites traces métalliques.