Brevet FR3065338A1 — publié le 20181019

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN DISPOSITIF DE MESURE DE LA POSITION ANGULAIRE DU ROTOR À CONFIGURATION AMELIORÉE La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un dispositif de mesure de la position angulaire du rotor à configuration améliorée. 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 sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. On connaît des dispositifs de suivi de la position angulaire du rotor de la machine électrique comportant une cible solidaire d'une bague de roulement 30 associée à un capteur de mesure de champ. La cible réalisée dans un matériau magnétique est fixée sur un support annulaire d'orientation axiale 3065338 2 positionnée autour du capteur assurant une mesure de la variation du champ magnétique suivant une direction radiale. Une telle configuration présente toutefois un encombrement diamétral important. Elle engendre également la présence d'harmoniques dans le signal retourné par les capteurs, ce qui nuit 5 à la précision de la mesure de la position angulaire du rotor. La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une machine électrique tournante comportant un rotor monté sur un arbre s'étendant suivant un axe correspondant à l'axe de rotation du rotor et au moins un palier comportant un logement recevant un roulement pour le 10 montage à rotation de l'arbre, - ladite machine électrique tournante comportant en outre un dispositif de mesure de la position angulaire du rotor, caractérisée en ce que ledit dispositif de mesure de la position angulaire du rotor comporte: 15 - une rondelle cible montée autour de l'arbre, ladite rondelle cible s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor, et - au moins un capteur de mesure de champ magnétique agencé pour assurer une mesure du champ magnétique généré par la rondelle cible suivant la direction de l'axe de rotation du rotor. 20 L'invention permet de diminuer l'encombrement diamétral de la machine électrique tout en limitant l'encombrement axial. En outre, l'invention assure une réduction des harmoniques dans le signal retourné par le capteur, de sorte que le signal de mesure de la position du rotor est de meilleure qualité. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante est agencée de 25 sorte que l'on rencontre successivement, suivant la direction de l'axe de rotation du rotor, le roulement porté par le palier, la rondelle cible, puis le capteur de mesure de champ magnétique. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte une pluralité de capteurs de mesure de champ magnétique. Selon une réalisation, le ou les capteurs de mesure de champ magnétique sont montés en surface d'un circuit imprimé. 3065338 3 Selon une réalisation, le circuit imprimé est monté sur un support solidaire du palier. Selon une réalisation, le circuit imprimé est situé à l'intérieur d'une gorge du support. 5 Selon une réalisation, la rondelle cible comporte une portion réalisée en matériau magnétique s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor. Selon une réalisation, la portion réalisée en matériau magnétique recouvre un disque troué centralement formant une rondelle. 10 Selon une réalisation, la rondelle cible est située à l'intérieur d'un logement du palier. Selon une réalisation, un diamètre de la rondelle cible est inférieur strictement au diamètre externe du rotor. Selon une réalisation, le dispositif de mesure de la position angulaire du rotor 15 est du type à lecture axiale. Selon une réalisation, le ou les capteurs de mesure de champ magnétique sont des capteurs à effet Hall. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à 20 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention sans le capot de protection; 25 La figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique tournante selon la présente invention; 3065338 4 La figure 4 est une vue en perspective du stator et du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 5 est une vue en coupe partielle illustrant l'implantation du dispositif de mesure de la position angulaire du rotor selon la présente invention à 5 l'intérieur de la machine électrique tournante; La figure 6 est une vue en perspective éclatée de la partie arrière de la machine électrique tournante comportant le dispositif de mesure de la position angulaire du rotor selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même 10 référence d'une figure à l'autre. Dans la suite de la description, on entend par un élément "avant", un élément situé du côté de l'extrémité de l'arbre dépassant de la machine (cf. figure 3) et par élément "arrière" un élément situé du côté opposé. La figure 3 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 15 polyphasé 11 entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 s'étendant suivant un axe X correspondant à l'axe de rotation du rotor 12. Le stator 11 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 est monté dans un carter 14 muni d'un palier avant 17 et d'un palier arrière 18. 20 Cette machine électrique 10 pourra par exemple être destinée à être accouplée à une boîte de vitesses appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine électrique 10 est apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour 25 assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 10kW et 50kW. Alternativement, la machine électrique 10 pourra être implantée sur un essieu du véhicule automobile, notamment un essieu arrière. 30 Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 4, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d'un paquet de tôles. Des aimants permanents 20 3065338 5 sont implantés dans des cavités 21 du corps 19. Dans l'exemple représenté, les aimants 20 sont implantés suivant une configuration en V. Alternativement, les aimants 20 sont implantés radialement à l'intérieur des cavités 21, les faces en vis-à-vis de deux aimants 20 adjacents étant de 5 même polarité. Il s'agit alors d'une configuration à concentration de flux. Les aimants 20 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Les paliers avant 17 et arrière 18 comportent chacun un logement de réception 16 d'un roulement 15 afin d'assurer un montage à rotation de l'arbre 13 par rapport au carter 14 de la 10 machine électrique. En outre, le rotor 12 comporte deux flasques 22 plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale du rotor 12. Ces flasques 22 assurent une retenue axiale des aimants 20 à l'intérieur des cavités 21 et servent également à équilibrer le rotor 12. Un ressort 25 pourra être inséré à l'intérieur de chaque 15 cavité afin de maintenir radialement les aimants 20 à l'intérieur des cavités 21. Par ailleurs, le stator 11 comporte un corps 23 constitué par un paquet de tôles ainsi qu'un bobinage 24. Le corps 23 est formé par un empilement de feuilles de tôles indépendantes les unes des autres et maintenues sous 20 forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le corps 23 est muni de dents 31 délimitant deux à deux des encoches 33 pour le montage du bobinage 24 du stator 11. Le bobinage 24 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant les encoches 33 et formant des chignons 36 s'étendant en saillie de part et 25 d'autre du corps de stator 23. Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles dont les extrémités sont reliées entre elles par exemple par soudage. Alternativement, les enroulements de phase pourront être obtenus à partir d'un ou plusieurs fils continus. 30 Les enroulements de phase pourront présenter une configuration en étoile de type triphasé ou double triphasée. Ces enroulements sont destinés à être reliés à un module électronique de commande et/ou de puissance par 3065338 6 l'intermédiaire d'un interconnecteur 38. Ce module comporte le pont de puissance intégrant des éléments de puissance, tels que des transistors de type MOSFET, ainsi qu'un circuit électronique de contrôle desdits éléments de puissance. 5 A cet effet, comme on peut le voir sur la figure 2, l'interconnecteur 38 comporte des pattes de connexion 39 destinées à assurer une connexion électrique des sorties de neutre 40 entre elles, et une connexion électrique de chaque sortie de phase 41 avec une borne 42 de l'interconnecteur 38 correspondante. Ces bornes 42 sont destinées à être connectées au module 10 électronique de commande et/ou de puissance précité. Alternativement, l'interconnecteur 38 pourra assurer une connexion en triangle des enroulements de phase. Par ailleurs, une entrée 45 et une sortie 46 de liquide de refroidissement sont agencées pour permettre la circulation du liquide à l'intérieur d'une chambre 15 47 s'étendant suivant la périphérie externe du stator 11, tel que montré sur la figure 3. Le liquide pourra par exemple être à base d'eau ou d'huile. La chambre 47 est délimitée par la périphérie externe du palier avant 17 et la périphérie interne du palier arrière 18. Deux joints 50 sont situés aux extrémités axiales de la chambre 47 pour en assurer son étanchéité. 20 La machine électrique tournante 10 comporte en outre un dispositif de mesure 51 de la position angulaire du rotor 12 du type à lecture axiale. Ce dispositif de mesure 51, visible sur les figures 5 et 6, comporte une rondelle cible 52 montée autour de l'arbre 13. La rondelle cible 52 s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation X du rotor 12. 25 Des capteurs de mesure de champ magnétique 53 sont agencés pour assurer une mesure du champ magnétique généré par la rondelle cible 52 suivant la direction de l'axe de rotation X du rotor 12. En l'occurrence, on utilise trois capteurs 53 décalés angulairement entre eux de façon régulière. Les capteurs 53 sont avantageusement des capteurs de type à effet Hall. 30 Ainsi, en fonctionnement, la rotation du rotor 12 fait varier le champ magnétique reçu par les différents capteurs 53. Ces capteurs 53 transmettent à une unité de contrôle des signaux électriques qui sont 3065338 7 fonction des niveaux de champ magnétique reçus. L'unité de contrôle traite ces signaux pour en déduire la position du rotor 12 ainsi que sa vitesse. La configuration de la machine électrique 10 est telle que l'on rencontre successivement, suivant la direction de l'axe de rotation X du rotor 12, le 5 roulement 15 porté par le palier arrière 18, la rondelle cible 52, puis les capteurs de mesure 53. Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 5, la rondelle cible 52 comporte une portion 54 réalisée en matériau magnétique s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation X du rotor 12. La portion 54 en 10 matériau magnétique recouvre un disque troué centralement 57 formant une rondelle. La rondelle cible 52 pourra être emmanchée à force sur une extrémité 131 de l'arbre 13 de section réduite de manière à être liée en rotation avec l'arbre 13. La rondelle cible 52 vient en appui contre un épaulement de l'arbre 13 défini 15 par la différence de diamètre entre l'extrémité 131 et un tronçon 132 sur lequel est monté le roulement 15. Le roulement 15 vient en appui contre un autre épaulement de l'arbre 13 défini par la différence de diamètre entre le tronçon 132 et le tronçon central de l'arbre 13 de diamètre supérieur. La rondelle cible 52 est située à l'intérieur d'un logement 58 du palier arrière 20 18. En l'occurrence, ce logement 58 est délimité par un manchon 61 s'étendant en saillie par rapport à un fond 62 du palier 18 comportant une ouverture pour le passage de l'arbre 13. Ce manchon 61 s'étend axialement suivant une direction opposée à celle suivant laquelle s'étend le manchon 63 délimitant le logement 16 dans lequel une rondelle à action axiale 64 pourra 25 être positionnée entre le roulement 15 et le fond 62. En positionnant la rondelle cible 52 à l'intérieur du logement 58, on obtient ainsi un ensemble compact. Par ailleurs, les capteurs de mesure de champ magnétique 53 sont montés en surface d'un circuit imprimé 65, tel que montré sur la figure 6. Le circuit 30 imprimé 65 est monté sur un support 67 solidaire du palier 18. Le circuit imprimé 65 est situé à l'intérieur d'une gorge 70 du support 67. 3065338 8 Plus précisément, la gorge 70 est délimitée par une portion annulaire centrale 71 autorisant le passage de l'arbre 13 et une portion annulaire externe 72 d'orientation axiale. Les deux portions 71, 72 sont reliées entre elles par une paroi de liaison 73 d'orientation radiale par rapport à l'axe X. 5 Une collerette 76 s'étendant en périphérie externe de la portion externe 72 du support 67 vient en appui contre un épaulement réalisé dans la face d'extrémité du manchon 61 délimitant le logement 58. Une rondelle 77 fixée à l'aide de vis 78 assure le maintien en position du support 67 contre le palier arrière 18. Le logement 58 dans lequel est 10 positionné la rondelle cible 52 est ainsi fermé par le support 67. Un diamètre externe de la rondelle cible 52 est inférieur strictement au diamètre externe du rotor 12. En l'occurrence, le diamètre externe de la rondelle cible 52 est inférieur au diamètre externe du roulement 15. L'interconnecteur 38 et la partie arrière de la machine 10 portant le dispositif 15 de mesure 51 sont logés à l'intérieur d'un capot de protection 80 visible sur la figure 1. A cet effet, des organes de fixation 81, tels que des vis, traversent des oreilles saillantes trouées 82 ménagées en périphérie externe du capot de protection 80 et situées en regard d'oreilles saillantes trouées 83 de forme correspondante ménagées dans le palier arrière 18. 20 Les signaux issus des capteurs 53 du dispositif de mesure 51 sont acheminés vers un connecteur 85 fixé, au moyen de vis 86, sur la face arrière du capot de protection 80 à proximité des bornes de contact de phase 42. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 25 uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas 30 incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10) comportant un rotor (12) monté sur un arbre (13) s'étendant suivant un axe (X) correspondant à l'axe de rotation du rotor (12) et au moins un palier (18) comportant un logement (16) recevant un roulement (15) pour le montage à rotation de l'arbre (13), - ladite machine électrique tournante (10) comportant en outre un dispositif de mesure (51) de la position angulaire du rotor (12), caractérisée en ce que ledit dispositif de mesure (51) de la position angulaire du rotor (12) comporte: - une rondelle cible (52) montée autour de l'arbre (13), ladite rondelle cible (52) s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (X) du rotor (12), et - au moins un capteur de mesure de champ magnétique (53) agencé pour assurer une mesure du champ magnétique généré par la rondelle cible (52) suivant la direction de l'axe de rotation (X) du rotor (12). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est agencée de sorte que l'on rencontre successivement, suivant la direction de l'axe de rotation (X) du rotor (12), le roulement (15) porté par le palier (18), la rondelle cible (52), puis le capteur de mesure de champ magnétique (53). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de capteurs de mesure de champ magnétique (53). 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le ou les capteurs de mesure de champ magnétique (53) sont montés en surface d'un circuit imprimé (65). 5. Machine électrique tournante selon la revendication 4, caractérisée en ce que le circuit imprimé (65) est monté sur un support (67) solidaire du palier (18). 6. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce que le circuit imprimé (65) est situé à l'intérieur d'une gorge (70) du 3065338 10 support (67). 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la rondelle cible (52) comporte une portion (54) réalisée en matériau magnétique s'étendant dans un plan 5 perpendiculaire à l'axe de rotation (X) du rotor (12). 8. Machine électrique tournante selon la revendication 7, caractérisée en ce que la portion (54) réalisée en matériau magnétique recouvre un disque troué centralement (57) formant une rondelle. 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la rondelle cible (52) est située à l'intérieur d'un logement (58) du palier (18). 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'un diamètre de la rondelle cible (52) est inférieur strictement au diamètre externe du rotor (12). 15 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le dispositif de mesure (51) de la position angulaire du rotor (12) est du type à lecture axiale. 12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le ou les capteurs de mesure 20 de champ magnétique (53) sont des capteurs à effet Hall.