Brevet FR3048828A1 — publié le 20170915

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN CAPTEUR DE MESURE DE CHAMP MAGNETIQUE POUR LA MESURE D'UN COURANT La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un capteur de mesure de champ magnétique pour la mesure d'un courant. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les alterno-démarreurs pour véhicules automobiles, mais pourrait également être utilisée avec des machines électriques tournantes de type moteur ou alternateur. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante d'un alterno-démarreur. La machine électrique comporte un boîtier auquel est fixé le stator qui est configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le rotor pourra comporter un corps réalisé en tôle feuilletée qui comporte des logements. Des aimants permanents sont positionnés à l'intérieur d'au moins certains de ces logements comme cela est enseigné par le document E P0803962. Le stator, tel qu'employé dans l'équipement des véhicules automobiles, est habituellement constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur recevant les bobinages des phases. Les types de bobinages les plus couramment utilisés sont, d'une part, les bobinages dits "concentriques" constitués par des bobines fermées sur elles-mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator, et d'autre part, les bobinages du type dit "ondulé", qui sont connus par exemple par le document FR2483702. Un bloc électronique intégré 10 visible sur la figure 1 est apte à commander une machine électrique 11 de type alterno-démarreur qui comporte une poulie 12 en prise avec une courroie 13 de la façade accessoire du moteur thermique 14 du véhicule. A cet effet, un module de contrôle 15 interagissant avec le calculateur moteur 18 est en relation avec des modules de puissance 19 intégrant des éléments 3048828 2 redresseurs prenant généralement la forme de transistor MOS reliés aux différentes phases de la machine. La commande des modules de puissance 19 est effectuée notamment en fonction de la température du stator, de la position et de la vitesse du rotor, ainsi que de paramètres de fonctionnement 5 du moteur thermique 14 retournés par le calculateur moteur 18. Les modules de puissance 19 peuvent fonctionner en mode onduleur lorsque la machine électrique 11 fonctionne en mode moteur afin de transformer la tension continue de la batterie 22 en une tension alternative d'alimentation de la machine électrique 11. Cela est notamment le cas lorsque la machine 10 transmet un couple au moteur thermique lors de son démarrage ou de son redémarrage automatique sollicité par un système appelé aussi "Stop and Start" en anglais. Les modules de puissance 19 peuvent aussi fonctionner en mode redresseur de tension lorsque la machine électrique 11 fonctionne en mode alternateur 15 afin de transformer la tension alternative générée par la machine électrique 11 entraînée par le moteur thermique en une tension continue compatible avec la batterie 22. Cela est notamment le cas lorsque l'alterno-démarreur fournit de la puissance aux accessoires ou produit de l'électricité lors des phases de décélérations du véhicule. 20 L'invention vise à permettre une augmentation du nombre de fonctions pouvant être réalisées par la machine électrique. A cet effet, l'invention propose une machine électrique tournante ayant au moins une fonction alternateur comportant un bloc électronique intégré comprenant: 25 - une pluralité de modules de puissance intégrant chacun un élément redresseur et connectés à des phases de la machine électrique, - une borne destinée à être reliée électriquement à une batterie, et - un interconnecteur comportant une trace, dite de puissance, reliée électriquement à la borne et destinée à être connectée auxdits modules de 30 puissance, caractérisée en ce que ledit bloc électronique intégré comporte en outre un capteur de champ magnétique positionné de façon à permettre une mesure d'un courant circulant dans ladite trace de puissance. 3048828 3 L'invention permet ainsi d'exploiter la mesure fournie par le capteur pour contrôler le courant de charge et de décharge de la batterie, ainsi que la puissance générée afin d'assurer une protection électrique contre les surintensités ainsi qu'une protection thermique de la machine électrique. 5 Selon une réalisation, ledit bloc électronique intégré comporte un bouclier ferromagnétique. Cela permet de réduire les perturbations magnétiques susceptibles d'influencer la mesure réalisée par le capteur de champ magnétique. Selon une réalisation, ledit bouclier ferromagnétique est constitué par une 10 pièce en forme de U ayant des parois d'extrémité s'étendant de part et d'autre dudit capteur de champ magnétique. Selon une réalisation, ledit bouclier ferromagnétique est configuré pour concentrer un flux magnétique vers ledit capteur de champ magnétique. Selon une réalisation, ledit capteur de champ magnétique est positionné 15 entre deux portions d'extrémité rabattues dudit bouclier ferromagnétique. Selon une réalisation, ledit capteur de champ magnétique est monté en regard de ladite trace de puissance. On obtient ainsi un ensemble compact à faible encombrement. Selon une réalisation, ledit capteur de champ magnétique est positionné en 20 regard d'une portion de ladite trace de puissance s'étendant dans un plan sensiblement parallèle à un plan radial de ladite machine électrique tournante. Selon une réalisation, ladite trace de puissance est surmoulée de façon à délimiter une cavité dans laquelle se situe ledit capteur de champ 25 magnétique. Selon une réalisation, ladite cavité est fermée de façon hermétique par un couvercle. Cela permet d'éviter la pénétration de poussières, liquide, ou autres salissures dans la zone de mesure. 3048828 4 Selon une réalisation, ladite cavité est comblée par un matériau de type résine. Selon une réalisation, ledit bloc électronique intégré comportant un dissipateur de chaleur sur lequel sont montés lesdits modules de puissance, 5 ledit capteur de champ magnétique est intégré dans un module, dit de mesure, monté sur ledit dissipateur de chaleur, ledit module de mesure comportant une sortie destinée à être connectée électriquement à ladite trace de puissance. Cela permet d'obtenir un ensemble modulaire dont il est aisé de remplacer un composant défectueux. 10 Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comportant six phases, ledit bloc électronique intégré comporte six modules de puissance et un module de mesure. Selon une réalisation, ledit capteur de champ magnétique est associé à un connecteur doté d'une pluralité de broches de connexion, deux des broches 15 de connexion étant destinées à une alimentation dudit capteur de champ magnétique, et au moins une des broches de connexion étant destinée à un transport d'un signal relatif à une mesure effectuée par ledit capteur de champ magnétique. Selon une réalisation, ledit capteur de champ magnétique et ledit connecteur 20 sont montés sur un circuit intégré. Cela permet de faciliter la fabrication de l'ensemble. Selon une réalisation, ledit capteur de champ magnétique est un capteur à effet Hall. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 25 l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1, déjà décrite, est une représentation schématique d'un bloc électronique intégré permettant la commande d'un alterno-démarreur selon la présente invention; 3048828 5 La figure 2 est une vue en perspective illustrant un alternateur comportant un bloc électronique intégré selon l'invention; La figure 3 est une vue de dessus illustrant l'intégration d'un capteur de mesure champ magnétique dans le bloc électronique intégré suivant un 5 premier mode de réalisation de l'invention; Les figures 4a et 4b sont des vues en perspective de la trace de puissance du bloc électronique de la figure 3 sur laquelle est installée le capteur de mesure de champ magnétique respectivement avant et après surmoulage; La figure 5 est une vue en coupe transversale du capteur de mesure monté 10 sur la trace de puissance et du capteur ferromagnétique associé; La figure 6 est une vue de dessus illustrant l'intégration d'un capteur de mesure champ magnétique dans le bloc électronique intégré suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention; Les figures 7a et 7b sont des vues en perspective du module de mesure de 15 la figure 6 comportant le capteur de mesure de champ magnétique respectivement avant et après surmoulage; La figure 8 est une vue en coupe illustrant une variante de réalisation du bouclier ferromagnétique protégeant le capteur de mesure de champ. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même 20 référence d'une figure à l'autre. La figure 2 montre un alterno-démarreur 1 de véhicule automobile comportant un stator entourant un rotor d'axe X correspondant à l'axe de la machine. Ce rotor est monté sur un arbre 2 apte à tourner autour de l'axe X dans des paliers supportés par des flasques avant 3 et arrière 4. Ces 25 flasques 3, 4 forment le boîtier extérieur 5 de l'alterno-démarreur 1 de forme sensiblement cylindrique dont est solidaire le stator. Une extrémité de l'arbre 2 sort du boîtier 5 et porte la poulie 12 permettant la liaison mécanique de cet alterno-démarreur 1 avec le moteur thermique du véhicule par l'intermédiaire d'une courroie (non représentée). 304 882 8 6 Le bloc électronique intégré 10 monté sur le palier arrière du côté opposé à la poulie 12 est apte à commander l'alterno-démarreur 1. A cet effet, un module de contrôle 15 est en relation avec des modules de puissance 19 intégrant chacun un élément redresseur prenant généralement la forme de 5 transistor MOS. Les modules de puissance 19 sont montés côté à côte sur un dissipateur de chaleur 20 et sont connectés électriquement aux différentes phases de la machine électrique. Le module de contrôle 15 pourra commander les modules de puissance 19 en mode onduleur lorsque la machine électrique 11 fonctionne en mode 10 moteur afin de transformer la tension continue de la batterie 22 en une tension alternative d'alimentation de la machine électrique 11. Cela est notamment le cas lorsque la machine transmet un couple au moteur thermique lors de son démarrage ou de son redémarrage automatique sollicité par un système appelé aussi "Stop and Start" en anglais. 15 Le module de contrôle 15 pourra commander les modules de puissance 19 en mode redresseur de tension lorsque la machine électrique 11 fonctionne en mode alternateur, afin de transformer la tension alternative générée par la machine électrique 11 entraînée par le moteur thermique en une tension continue compatible avec la batterie 22. Cela est notamment le cas lorsque 20 l'alterno-démarreur fournit de la puissance à la batterie ou produit de l'électricité lors des phases de décélérations du véhicule. Afin d'assurer l'alimentation des modules de puissance 19, un interconnecteur 29 comporte une borne positive B+ référencée 26 qui est destinée à être reliée à la borne positive de la batterie du véhicule (non 25 représentée). En outre, l'interconnecteur 29 comporte une trace 30 dite de puissance visible sur les figures 3 et 4 reliée électriquement à la borne positive B+ 26. La trace 30 parcourt le bloc intégré et est reliée électriquement aux différents modules de puissance 19. La trace 30 de forme allongée est constituée par un conducteur électrique ayant une section 30 rectangulaire. Le bloc électronique intégré 10 comporte en outre un capteur de champ magnétique 31 positionné de façon à permettre une mesure d'un courant circulant dans la trace de puissance 30. Le capteur de champ magnétique 31 3048828 7 pourra être un capteur à effet Hall qui présente l'avantage d'être peu encombrant, de consommer peu de puissance, et de fournir un signal insensible aux bruits. Dans le mode de réalisation des figures 3 à 5, le capteur 31 est monté en 5 regard de la trace de puissance 30. Plus précisément, le capteur 31 est positionné en regard d'une portion 301 de la trace 30 s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à deux autres portions 302 reliées de part et d'autre de la portion 301 (cf. figure 4a). La portion 301 s'étend ainsi dans un plan parallèle au plan P1 dans lequel s'étend le bloc électronique intégré 10 10, soit dans un plan parallèle à un plan radial de la machine électrique tournante 1. Comme on peut le voir clairement en figures 4a et 5, un bouclier ferromagnétique 34 permet de réduire les perturbations magnétiques susceptibles d'influencer la mesure réalisée par le capteur 31. Le bouclier 15 ferromagnétique 34 est constitué par une pièce en forme de U ayant une paroi de fond 341 de laquelle sont issues deux parois d'extrémité 342. La paroi de fond 341 présente une face en contact avec la face de la trace 30 opposée à celle portant le capteur 31. Les parois d'extrémité 342 s'étendent de part et d'autre du capteur 31. Les parois d'extrémité 342 s'étendent 20 sensiblement perpendiculairement au fond 341 et à la portion 301 de la trace 30 portant le capteur 31. La largeur du U du bouclier 34 correspondant à la distance entre les parois d'extrémité 342 est sensiblement égale à la largeur de la trace de puissance 30. Le capteur 31 est associé à un connecteur 37 doté d'une pluralité de broches 25 de connexion 38 (cf. figures 4a et 4b). Deux des broches 38 sont destinées à l'alimentation du capteur 31, et au moins une broche 38 est destinée au transport d'un signal relatif à la mesure effectuée par le capteur 31. Dans l'exemple représenté, on a prévu deux broches 38 pour le transport du signal relatif à la mesure. 30 Le capteur 31 et le connecteur 37 sont montés sur un circuit intégré 39 lequel est plaqué contre la portion 301 de la trace de puissance 30. Le circuit intégré 39 pourra être rigide ou souple. 3048828 8 Comme illustré en figure 4b, la trace 30 ainsi que le bouclier 34 et le circuit intégré 39 sont surmoulés par un matériau électriquement isolant 35 de façon à délimiter une cavité 40 dans laquelle se situe le capteur 31. Afin d'éviter la pénétration de poussières, liquide, ou autres salissures dans la 5 zone de mesure, la cavité 40 est fermée de façon hermétique par un couvercle 41. En variante, la cavité 40 est comblée par un matériau de type résine. Dans le mode de réalisation des figures 6 à 7b, le capteur 31 est intégré dans un module de mesure 44 monté sur le dissipateur 20 entre la borne B+ 10 26 et un module de puissance 19. Le module de mesure 44 comporte une piste 45 ayant une portion centrale 451 en regard de laquelle est positionné le capteur 31 et deux portions d'extrémité 452 rabattues positionnées chacune à une extrémité de la portion centrale 451. La piste 45 constituée par un conducteur électrique de section 15 rectangulaire présente ainsi une forme en U. Une des portions d'extrémité 452 forme une sortie destinée à être connectée électriquement à la trace de puissance 30. Comme précédemment, le bouclier ferromagnétique 34 montré en figure 7a est constitué par une pièce en forme de U ayant une paroi de fond 341 de 20 laquelle sont issues deux parois d'extrémité 342. La paroi de fond 341 présente une face en contact avec la face de la piste 45 opposée celle portant le capteur 41. Les parois d'extrémité 342 s'étendent de part et d'autre du capteur 41 sensiblement perpendiculairement à la portion centrale 451. Le capteur 41 et le connecteur 37 sont montés sur un circuit intégré 47 25 plaqué contre une face de la piste 45. L'ensemble de la piste 45, du capteur 31, du connecteur 37, et du circuit intégré 47 est surmoulé par un matériau électriquement isolant 48 de façon à obtenir un module de mesure 44 compact (cf. figure 7b). Ce module de mesure 44 comporte de préférence une interface de fixation 50 analogue à celle des modules de puissance 19. 30 Cette interface de fixation 50 comporte une ouverture située du côté d'une extrémité rabattue 452 et apte à autoriser le passage d'un organe de fixation, tel qu'une vis (non représentée). Cela permet d'obtenir un bloc intégré 10 modulaire dont il est aisé de remplacer un composant défectueux, dans la 304 882 8 9 mesure où tous les modules présentent une forme analogue et utilisent un même type d'organe de fixation. Dans un exemple de réalisation, l'alternateur 1 comportant six phases, le bloc électronique intégré 10 comporte six modules de puissance 19 et un 5 module de mesure 44. Dans ce cas, il sera possible d'utiliser une architecture de dissipateur 20 prévue pour une machine électrique de type heptaphasée dans laquelle un des modules de puissance 19 est remplacé par le module de mesure 19. Dans la variante montrée sur la figure 8 et applicable aux deux modes de 10 réalisation des figures 3 à 7b, le bouclier ferromagnétique 34 est configuré pour concentrer le flux magnétique vers le capteur 31. A cet effet, le capteur 31 est positionné entre deux extrémités rabattues du bouclier ferromagnétique 34. Plus précisément, par rapport à la configuration en U, les parois d'extrémité 342 sont rabattues l'une vers l'autre et le capteur 31 15 est positionné dans l'espace séparant les deux portions rabattues 342' des parois d'extrémité 342. Le capteur 31 est ainsi positionné en regard de la piste 45 ou de la trace 30 et est surélevé par rapport à la piste 45 ou à la trace 30. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 20 uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (1) ayant au moins une fonction alternateur comportant un bloc électronique intégré (10) comprenant: - une pluralité de modules de puissance (19) intégrant chacun un élément redresseur et connectés à des phases de la machine électrique, - une borne (26) destinée à être reliée électriquement à une batterie, et - un interconnecteur (29) comportant une trace (30), dite de puissance, reliée électriquement à la borne (26) et destinée à être connectée auxdits modules de puissance (19), caractérisée en ce que ledit bloc électronique intégré comporte en outre un capteur de champ magnétique (31) positionné de façon à permettre une mesure d'un courant circulant dans ladite trace de puissance (30). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce que ledit bloc électronique intégré (10) comporte un bouclier ferromagnétique (34). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit bouclier ferromagnétique (34) est constitué par une pièce en forme de U ayant des parois d'extrémité (342) s'étendant de part et d'autre 20 dudit capteur de champ magnétique (31). 4. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit bouclier ferromagnétique (34) est configuré pour concentrer un flux magnétique vers ledit capteur de champ magnétique (31). 5. Machine électrique tournante selon la revendication 4, caractérisée 25 en ce que ledit capteur de champ magnétique (31) est positionné entre deux portions d'extrémité rabattues (342') dudit bouclier ferromagnétique (34). 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit capteur de champ magnétique (31) est monté en regard de ladite trace de puissance (30). 30 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit capteur de champ magnétique (31) est positionné en regard 304 882 8 11 d'une portion (301) de ladite trace de puissance (30) s'étendant dans un plan sensiblement parallèle à un plan radial de ladite machine électrique tournante. 8. Machine électrique tournante selon la revendication 6 ou 7, 5 caractérisée en ce que ladite trace de puissance (30) est surmoulée de façon à délimiter une cavité (40) dans laquelle se situe ledit capteur de champ magnétique (31). 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite cavité (40) est fermée de façon hermétique par un couvercle 10 (41). 10. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite cavité (40) est comblée par un matériau de type résine. 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit bloc électronique intégré (10) comportant un dissipateur de chaleur (20) sur lequel sont montés lesdits modules de puissance (19), ledit capteur de champ magnétique (31) est intégré dans un module (44), dit de mesure, monté sur ledit dissipateur de chaleur (20), ledit module de mesure (44) comportant une sortie destinée à être connectée électriquement à ladite trace de puissance (30). 12. Machine électrique tournante selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante comportant six phases, ledit bloc électronique intégré (10) comporte six modules de puissance (19) et un module de mesure (44). 13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ledit capteur de champ magnétique (31) est associé à un connecteur (37) doté d'une pluralité de broches de connexion (38), deux des broches de connexion (38) étant destinées à une alimentation dudit capteur de champ magnétique (31), et au moins une des broches de connexion (38) étant destinée à un transport d'un signal relatif à une mesure effectuée par ledit capteur de champ magnétique 3048828 12 (31). 14. Machine électrique tournante selon la revendication 13, caractérisée en ce que ledit capteur de champ magnétique (31) et ledit connecteur (37) sont montés sur un circuit intégré (39, 47). 5 15. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que ledit capteur de champ magnétique (31) est un capteur à effet Hall.