Brevet FR3057415A1 — publié le 20180413

Capteur de température pour stator de machine électrique tournante La présente invention concerne un capteur de température pour stator de machine électrique tournante et un stator de machine électrique tournante comprenant un tel capteur. L'invention se rapporte au domaine des machines électriques tournantes telles que les moteurs, les alternateurs, les alterno-démarreurs ou les super chargeurs utilisés pour les véhicules automobiles. Et plus précisément encore, l'invention concerne les machines électriques tournantes comprenant un stator comportant un bobinage entouré d'une paroi et un rotor comportant des aimants, par exemple des aimants permanents comme des aimants en terres rares et/ou en ferrite. Dans une machine électrique tournante, comme par exemple un alterno-démarreur ou un super chargeur électrique, le courant électrique circulant dans le bobinage de la machine provoque, par Effet Joule, l'échauffement du bobinage. Après un certain nombre d'activation de la machine électrique, l'élévation de la température est telle que le risque de défaillance du produit est important (bobinage, roulements, pièces plastique environnantes...). Selon l'état de l'art, il est connu de stopper l'alimentation électrique des bobinages après une temporisation. Cette temporisation permet un refroidissement naturel de la machine électrique tournante. Cependant, cette solution réduit le temps d'utilisation de la machine électrique tournante. Une autre solution connue consiste à mesurer la température sur un seul fil du bobinage ou à mesurer la température sur le stator et plus précisément sur le corps de stator qui est un empilage de tôle magnétique. Cependant, ces mesures selon ces deux méthodes ne sont pas représentatives de la température réelle des bobines. La température de la bobine est seulement une température estimée. Une autre solution connue consiste à mesurer la température avec un élément sensible à la température collé au bobinage. La mesure est directe mais il subsiste un fort risque de déplacement ou décollement de l'élément sensible lors des phases vibratoires importantes. Une autre solution connue consiste à mesurer la température du bobinage avec un élément sensible à la température plaqué sur le bobinage avec un ressort. Cependant, la distance entre l'élément sensible à la température et le bobinage est variable en fonction des tolérances des pièces. De plus, le bobinage ne présente pas toujours le même état de surface. Certains bobinages présentent des irrégularités de surface. Des bobines comprennent en effet des fils non alignés avec les autres fils. 3057415 2 La mesure de température n'est donc pas reproductible ce qui limite l'intérêt de la mesure de température. L'invention a donc pour objectif de pallier à ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur de température pour stator de machine électrique tournante 5 permettant d'effectuer une mesure de température reproductible au niveau du bobinage pendant les phases d'activation de la machine électrique quel que soit l'état de surface du bobinage. L'invention concerne un capteur de température pour stator de machine électrique tournante comprenant un bobinage entouré par une paroi. Le capteur de température 10 comprend: - un élément sensible à la température, - une enveloppe de protection comportant une extrémité fermée dans laquelle est logé l'élément sensible à la température, - deux fils électriques reliant l'élément sensible à la température à un 15 connecteur électrique, et - un moyen de fixation pour fixer le capteur de température sur la paroi du stator de la machine électrique tournante. Selon l'invention, le capteur de température comprend un élément déformable fixé sur l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température. L'élément déformable est 20 destiné à être compressé entre l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température et le bobinage du stator. Selon une variante possible, le moyen de fixation forme un moyen de compression réglable permettant de faire varier la distance entre l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température et le bobinage du stator de façon à comprimer l'élément déformable entre 25 l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température et le bobinage du stator. Selon une autre variante possible, le moyen de fixation comprend une partie filetée destinée à se visser dans un orifice fileté prévu dans la paroi du stator. Selon une autre variante possible, l'élément déformable est constitué d'un matériau conducteur thermique. 30 Selon une autre variante possible, l'élément déformable est un polymère et de préférence une résine. Selon une autre variante possible, l'élément déformable présente une dimension radiale supérieure à celle de l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température. Ceci permet d'optimiser l'échange thermique entre l'élément déformable et le 35 bobinage. Selon une autre variante possible, l'élément déformable est collé sur l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température. L'invention concerne également un stator pour machine électrique tournante comprenant un bobinage entouré par une paroi. Le stator comprend un capteur de 40 température tel que défini précédemment. 3057415 3 L'élément déformable est fixé sur l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température et compressé entre l'extrémité fermée et le bobinage du stator. Selon une variante, l'élément déformable est compressé par le moyen de fixation. Le moyen de fixation forme un moyen de compression réglable permettant de faire varier la 5 distance entre l'extrémité fermée de l'élément sensible à la température et le bobinage du stator. Ceci permet d'obtenir un taux de compression variable pour l'élément déformable qui est fonction de l'état de surface du bobinage. Plus l'état de surface du bobinage est irrégulier et plus le taux de compression 10 appliqué sur l'élément déformable est élevé. L'invention fournit ainsi un capteur de température pour stator de machine électrique tournante permettant d'effectuer une mesure de température du bobinage reproductible pendant les phases d'activation de la machine électrique quel que soit l'état de surface du bobinage (régulier ou irrégulier). 15 Lorsque l'élément déformable est comprimé par le moyen de fixation, l'extrémité du capteur de température et plus précisément l'élément déformable se déforme pour épouser la forme irrégulière de la surface du bobinage. Ceci permet de garantir une surface d'échange thermique constante entre le capteur de température et le bobinage quel que soit la forme de la surface du bobinage. 20 De plus, l'invention permet de mesurer une valeur de température réelle et non estimée. Cette mesure de température réelle permet de pouvoir alimenter la machine électrique tournante en courant jusqu'à une température la plus proche possible de la limite acceptable pour la machine électrique tournante. Ceci a pour effet d'augmenter le temps 25 d'utilisation de la machine électrique tournante. Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant à la figure 1 annexée: la figure 1 est une représentation schématique de deux capteurs de température montés sur un stator de machine électrique tournante selon l'invention. 30 La figure 1 est une représentation schématique de deux capteurs de température 1 montés sur un stator 2 de machine électrique tournante. La machine électrique tournante comprend un rotor comportant des aimants et un stator 2 comportant un bobinage 3 entouré d'une paroi 9. Le bobinage 3 peut comprendre une ou plusieurs bobines comprenant chacune des fils 15. La paroi 9 est en regard du 35 bobinage 3. Le stator 2 comprend un capteur de température 1 comprenant un élément sensible à la température 4 pour mesurer la température du bobinage 3 du stator 2. La gamme de températures mesurée par le capteur est comprise entre -40°C et 300°C. 3057415 4 L'élément sensible à la température 4 est un thermocouple ou une thermistance, par exemple. La thermistance est un composant passif en matériau semi-conducteur dont la résistance varie en fonction de la température. La thermistance peut être du type CTN, coefficient de température négatif (ou NTC, 5 Négative Température Coefficient en anglais) lorsque la résistance décroît en fonction de l'élévation de la température ou de type CTP, coefficient de température positif (ou PTC, Positive Température Coefficient en anglais) dans le cas contraire, telle qu'une thermistance en platine. Le capteur de température 1 comprend une enveloppe de protection 5 comportant 10 une extrémité fermée 6 dans laquelle est logé l'élément sensible à la température 4. Le capteur de température 1 comprend deux fils électriques 7 reliant l'élément sensible à la température 4 à un connecteur électrique (non représenté). Les deux fils électriques 7 sont entourés et maintenus dans l'enveloppe de protection 5 ou gaine isolante qui présente deux canaux de passage (non représentés) associé à chacun 15 des fils électriques 7 de sorte que les deux fils électriques 7 soient isolés entre eux et maintenus par l'enveloppe de protection 5. L'enveloppe de protection 5 est par exemple de forme générale allongée selon une direction longitudinale correspond à la direction longitudinale des deux fils électriques 7. L'enveloppe de protection 5 peut présenter une forme générale cylindrique. 20 À titre d'exemple, l'enveloppe de protection 5 présente un coeur en matière céramique électriquement isolant et résistante à la chaleur, qui est entouré par une couche externe en acier réfractaire. La couche externe peut être en acier inoxydable, par exemple. Le coeur de la gaine isolante peut être en magnésie ou alumine, par exemple. Le capteur de température 1 comprend un moyen de fixation 8 pour fixer le capteur 25 de température 1 sur la paroi 9 du stator 2 de la machine électrique tournante. L'enveloppe de protection 5 est logée à l'intérieur du moyen de fixation 8. Selon l'invention, le capteur de température 1 comprend un élément déformable 10 fixé sur l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4. L'élément déformable 10 peut être un pad ou un tampon. 30 Le moyen de fixation 8 forme un moyen de compression réglable permettant de comprimer élément déformable 10 entre l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4 et le bobinage 3 du stator 2 de la machine électrique tournante. Plus précisément, le moyen de fixation 8 permet d'ajuster ou faire varier la distance entre l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4 et le bobinage 3 du 35 stator 2 de façon à comprimer élément déformable 10 entre l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4 et le bobinage 3 de la machine électrique tournante 2. Le moyen de fixation 8 permet de comprimer l'élément déformable 10 selon un effort de serrage constant quel que soit l'état de surface du bobinage 3. Le moyen de fixation 8 comprend une partie filetée 11 destinée à se visser dans un 40 orifice fileté 12 prévu dans la paroi 9 du stator 2. La partie filetée 11 agit comme une vis de réglage. 3057415 5 Le moyen de fixation 8 comprend une butée 13 destinée à venir en butée contre une surface externe 14 de la paroi 9 du stator 2. Le moyen de fixation 8 est fixé à l'enveloppe de protection 5. La butée 13 forme un moyen de serrage. Elle peut présenter une forme d'écrou à six 5 pans, par exemple, permettant de serrer le moyen de fixation 8 avec une clef. Le moyen de fixation 8 est serré selon un couple adapté pour obtenir une compression minimale de l'élément déformable 10 contre le bobinage 3. L'élément déformable 10 est constitué d'un matériau résiliant ou élastique tel un polymère du type caoutchouc ou une résine. 10 L'élément déformable 10 est constitué d'un matériau conducteur thermique. L'élément déformable 10 présente une dimension radiale supérieure à celle de l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4. Ceci permet d'optimiser la conduction thermique entre l'élément déformable 10 et le bobinage 3. L'élément déformable 10 est collé sur l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la 15 température 4. La figure 1 représente une paroi 9 de stator 2 sur laquelle est montée deux capteurs de température 1 associés à deux bobinages 3 respectifs à titre de comparaison. Le bobinage 3 du haut présente une surface 16 régulière formée par des fils 15 correctement alignés. 20 Pour fixer le capteur de température 1 sur la paroi 9 du stator 2, le moyen de fixation 8 est vissé dans l'orifice fileté 12 prévu dans la paroi 9 du stator 2 jusqu'à ce que la compression de l'élément déformable 10 entre l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4 et le bobinage 3 du stator 2 soit suffisante pour assurer un bon transfert thermique entre le bobinage 3 et l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la 25 température 4 via l'élément déformable 10. La déformation de l'élément déformable 10 est minimale dans cet exemple. Par opposition sur la figure 1, le bobinage 3 du bas présente une surface 16 irrégulière formée par des fils 15 non alignés. L'invention prend tout son sens dans cet exemple. En effet, la déformation, ou 30 écrasement de l'élément déformable 10, « absorbe » les irrégularités à la surface 16 du bobinage 3. Ceci permet de garantir une surface d'échange thermique constante entre le capteur de température 1 et le bobinage 3 quel que soit l'état de surface du bobinage 3. Les mesures de température sont reproductibles quel que soit le bobinage 3. Il est également possible de mesurer la température réelle du bobinage 3 étant donné que le 35 contact entre les fils 15 du bobinage 3 et le capteur de température 1 est parfait. Ceci permet d'alimenter en courant la machine électrique tournante jusqu'à une température la plus proche possible de la limite acceptable pour le produit, ce qui a pour effet d'augmenter le temps d'utilisation de la machine. En comparant l'assemblage du haut avec l'assemblage du bas, il est possible 40 d'observer que la distance entre l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 3057415 6 4 et le bobinage 3 de l'assemblage du haut est supérieure à la distance entre l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4 et le bobinage 3 de l'assemblage du bas. Dans l'assemblage du bas, l'élément déformable 10 est davantage comprimé étant donné que la surface 16 du bobinage 3 est irrégulière. 5 Cette différence de compression est obtenue grâce au moyen de fixation 8 qui agit comme un moyen de compression réglable permettant de faire varier la distance entre l'extrémité fermée 6 de l'élément sensible à la température 4 et le bobinage 3 du stator 2. Le moyen de fixation 8 est davantage vissé dans l'orifice fileté 12 de la paroi 9 du stator 2 dans le cas de l'assemblage du bas que dans le cas de l'assemblage du haut. La 10 distance entre la butée 13 du moyen de fixation 8 et la surface externe 14 de la paroi 9 du stator 2 est plus faible dans le cas de l'assemblage du bas que dans le cas de l'assemblage du haut. Le taux de compression de l'élément déformable 10 est plus élevé dans le cas de l'assemblage du bas que dans le cas de l'assemblage du haut. 15 Dans l'assemblage du bas, l'élément déformable 10 épouse la forme de la surface 16 du bobinage 3 qui est irrégulière. La compression est adaptée pour que l'élément déformable 10 comble les trous formés entre les fils 15 du bobinage 3, assurant un bon échange thermique entre l'élément déformable 10 est le bobinage 3. REVENDICATIONS1. Capteur de température (1) pour stator (2) de machine électrique tournante comprenant un bobinage (3) entouré par une paroi (9), le capteur de température (1) comprenant: un élément sensible à la température (4), une enveloppe de protection (5) comportant une extrémité fermée (6) dans laquelle est logé l'élément sensible à la température (4), deux fils électriques (7) reliant l'élément sensible à la température (4) à un connecteur électrique, et un moyen de fixation (8) pour fixer le capteur de température (1) sur la paroi (9) du stator (2) de la machine électrique tournante, caractérisé en ce qu'il comprend : un élément déformable (10) fixé sur l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4), l'élément déformable (10) étant destiné à être compressé entre l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4) et le bobinage (3) du stator (2). 2. Capteur de température (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de fixation (8) forme un moyen de compression réglable permettant de faire varier la distance entre l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4) et le bobinage (3) du stator (2) de façon à comprimer l'élément déformable (10) entre l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4) et le bobinage (3) du stator (2). 3. Capteur de température (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de fixation (8) comprend une partie filetée (11) destinée à se visser dans un orifice fileté (12) prévu dans la paroi (9) du stator (2). 4. Capteur de température (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément déformable (10) est constitué d'un matériau conducteur thermique. 5. Capteur de température (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément déformable (10) est un polymère et de préférence une résine. 3057415 8 6. Capteur de température (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément déformable (10) présente une dimension radiale supérieure à celle de l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4). 5 7. Capteur de température (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément déformable (10) est collé sur l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4). 10 8. Stator (2) pour machine électrique tournante comprenant un bobinage (3) entouré par une paroi (9), caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de température (1) tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ledit capteur de température (1) comprenant : un élément sensible à la température (4), 15 - une enveloppe de protection (5) comportant une extrémité fermée (6) dans laquelle est logé l'élément sensible à la température (4), deux fils électriques (7) reliant l'élément sensible à la température (4) à un connecteur électrique, - un moyen de fixation (8) pour fixer le capteur de température (1) sur la paroi (9) du 20 stator (2), et - un élément déformable (10) fixé sur l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4) et compressé entre ladite extrémité fermée (6) et le bobinage (3) du stator (2). 25 9. Stator (2) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément déformable (10) est compressé par le moyen de fixation (8), ledit moyen de fixation (8) formant un moyen de compression réglable permettant de faire varier la distance entre l'extrémité fermée (6) de l'élément sensible à la température (4) et le bobinage (3) du stator (2). 30