Brevet FR3085805A1 — publié le 20200313

INTERCONNECTEUR COMPRENANT DES MOYENS DE GUIDAGE DE PORTIONS DE CONDUCTEURS. L'invention porte sur un interconnecteur comprenant des moyens de guidage de portions de conducteurs vers l'électronique. s De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor peut être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et peut 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. 10 Par ailleurs, le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une culasse en forme de couronne dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir un bobinage. 15 Dans un bobinage de type ondulé, les enroulements de phase sont formés chacun à partir d'au moins un conducteur de bobinage, tel qu'un fil continu, recouvert d'une couche isolante, en particulier une couche d'émail. Alternativement, le bobinage est obtenu à partir de conducteurs de bobinage en forme d'épingles reliées électriquement entre eux par exemple par 20 soudage. Pour obtenir le couplage électrique souhaité de la machine, par exemple en triangle ou en étoile, des premières portions de conducteurs de bobinage doivent être connectées à l'électronique de commande, et des deuxièmes portions de conducteur de bobinage doivent être reliées électriquement. 25 Il est connu de connecter via un interconnecteur les premières portions de bobinage à l'électronique de commande, et d'utiliser par ailleurs l'interconnecteur pour relier électriquement les deuxièmes portions de conducteurs entre elles. Dans de telles solutions, de nombreuses soudures doivent être réalisées. Par ailleurs les portions de conducteur étant assez 30 fragiles et entrant en vibration, il y a un risque important de casse de ces premières portions de conducteur entre le bobinage et l'électronique. 2 La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un interconnecteur pour l'interconnexion entre conducteurs d'un bobinage statorique de machine électrique, s'étendant sur un secteur angulaire autour d'un axe, l'interconnecteur comprenant des moyens de s guidage de conducteurs de bobinage adaptés pour diriger des premières portions desdits conducteurs de bobinage vers une électronique de commande. Un tel interconnecteur permet d'assurer à la fois la fonction d'interconnexion entre les deuxièmes portions de conducteurs à interconnecter et permet de 10 guider les premières portions de conducteurs vers l'électronique de commande, en limitant le risque de rupture de ces premières portions de conducteurs fragiles. L'interconnecteur est notamment judicieusement positionné au dessus du bobinage de manière à limiter les vibrations des portions de conducteur, notamment à la résonance. Par ailleurs l'utilisation 15 d'un tel interconnecteur permet de limiter le nombre de soudures à réaliser. Selon une réalisation, l'interconnecteur comprend au moins un élément conducteur maintenu dans un boitier, les moyens de guidage étant des trous percés dans le boitier. Selon une réalisation, au moins un des trous a une forme adaptée pour y 20 insérer une portion de conducteur à section circulaire et à section rectangulaire. Selon une réalisation, l'interconnecteur comprend au moins un élément conducteur maintenu dans un boitier, les moyens de guidage étant formés par des clips s'étendant depuis le boitier. Cette réalisation est facile à mettre 25 en oeuvre. Selon une réalisation, les moyens de guidage sont décalés angulairement autour de l'axe. Selon une réalisation, l'interconnecteur comprend également des pattes électriquement conductrices décalées angulairement autour de l'axe, 30 adaptées pour connecter électriquement entre elles des deuxièmes portions de conducteurs d'un bobinage statorique. 3 Selon une réalisation, les moyens de guidage sont intercalés angulairement avec les pattes électriquement conductrices autour de l'axe. Cela permet d'adapter l'interconnecteur à la forme du bobinage statorique. L'invention concerne également une machine comprenant un bobinage s statorique s'étendant selon une direction circonférentielle autour de l'axe, un interconnecteur tel que précédemment décrit, dans laquelle les moyens de guidage de l'interconnecteur sont disposés le long de la direction circonférentielle du bobinage statorique, dirigeant des premières portions desdits conducteurs de bobinage vers une électronique de commande. Cela 10 permet de minimiser la déviation des portions de conducteur lors du montage. Selon une réalisation, l'interconnecteur comprend des pattes électriquement conductrices décalées angulairement selon la direction circonférentielle autour de l'axe, les pattes connectant électriquement entre elles des 15 deuxièmes portions de conducteurs du bobinage statorique, au moins une portion de conducteur de bobinage étant fixée à une patte par soudure laser. Selon une réalisation, chaque patte de l'interconnecteur est connectée à une portion de conducteur du bobinage appartenant à une phase distincte du bobinage. Cela permet de réaliser le point neutre ou le couplage en triangle 20 dudit bobinage statorique. 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 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe partielle d'une machine électrique tournante 25 destinée à porter un interconnecteur selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective du stator portant l'interconnecteur selon l'invention assurant le couplage des portions de conducteur de bobinage; La figure 3 est une vue en perspective d'un interconnecteur présentant des 30 pattes d'interconnexion et des éléments de guidage, selon l'invention; 4 La figure 4 est une vue en perspective des éléments conducteurs de l'interconnecteur selon la présente invention avant moulage d'un boitier autour; La figure 5a est une vue de dessus de l'interconnecteur illustrant un premier s mode de réalisation des moyens de guidage ; La figure 5b illustre une forme particulière du premier mode de réalisation du moyen de guidage ; La figure 6 est une vue de dessus de l'interconnecteur illustrant un deuxième mode de réalisation des moyens de guidage. 10 Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 représente une machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine électrique tournante transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique, en mode 15 alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante est, par exemple, un alternateur ou une machine réversible. La machine électrique tournante comporte un carter 11. A l'intérieur de ce carter, elle comporte, en outre, l'arbre 12, le rotor 13 solidaire en rotation de 20 l'arbre et le stator 14 entourant le rotor. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d'un axe X, qui est l'axe de la machine. Dans la suite de la description les orientations radiales, ortho-radiale et axiales sont à considérer par rapport à cet axe X. Dans la suite de la description la partie arrière est la partie de la machine comprenant l'électronique et la partie avant est la partie 25 de la machine du côté de la poulie. Dans cet exemple, le carter 11 comporte un palier avant 15 et un palier arrière 16 qui sont assemblés ensemble. Ces paliers sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes respectif pour le montage à rotation de l'arbre 12. Une poulie 17 est fixée sur une extrémité avant de l'arbre 12, au niveau du palier avant. Cette poulie 17 permet de transmettre le mouvement de rotation à l'arbre. L'extrémité arrière de l'arbre 12 porte un collecteur 18. Un porte-balais 21 s alimente le rotor via le collecteur et est relié à un régulateur (non représenté) de tension compris dans un pont redresseur. Le palier avant 15 et le palier arrière 16 peuvent comporter, en outre, des ouvertures 27 sensiblement latérales pour le passage de l'air en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante par circulation d'air engendrée par la rotation d'un ventilateur 28 avant sur la face avant du rotor, c'est-à-dire au niveau du palier avant et d'un ventilateur arrière 19 sur la face arrière du rotor, c'est-à-dire au niveau du palier arrière. Dans cet exemple de réalisation, le stator 14 comporte un corps en forme d'un paquet de tôles 23 doté d'encoches, par exemple du type semi fermée ou ouverte, équipées d'isolant d'encoches pour le montage d'un bobinage statorique 24. Le corps de stator a une forme cylindrique annulaire d'axe X. Le bobinage 24 traverse les encoches du corps et forme un chignon avant 25 et un chignon arrière 26 de part et d'autre du corps du stator 14. Le bobinage s'étend selon une direction circonférentielle autour de l'axe X tout le long du corps du stator. Le bobinage 24 s'étend par ailleurs radialement entre une périphérie intérieure de bobinage plus proche de l'axe X et une périphérie extérieure de bobinage plus proche du palier. Dans cet exemple, le rotor 13 est un rotor à griffe comportant deux roues polaires. Lorsque le rotor 13 est magnétisé et devient un rotor inducteur avec formation de pôles magnétiques Nord-Sud, un courant induit alternatif est créé dans le bobinage 24 du stator 14 induit par la rotation de l'arbre 12. Un pont redresseur formé par des modules électroniques de puissance (non représentés) transforme alors ce courant induit alternatif généré par la machine en un courant continu, notamment pour alimenter les charges et les consommateurs du réseau de bord du véhicule automobile ainsi que pour 6 recharger sa batterie. Ces modules ou d'autres modules de puissance pourront également être commandés pour injecter du courant dans les différentes phases de la machine électrique lorsque cette dernière fonctionne en mode moteur. Le bobinage statorique 24 est composé d'une pluralité de conducteurs formant les phases. Plus précisément, chaque phase comprend une extrémité de conducteur électrique formant un point neutre électrique 240, une extrémité de conducteur électrique formant un point de connexion d'une sortie de phase 242, relies électriquement aux modules électroniques de 10 puissance. Les terminaux de connexion de phase sont donc formés par deux extrémités de conducteur. Dans ce qui suivra, on entendra par circonférence statorique une courbe parmi les courbes épousant la position moyenne du bobinage statorique. Une circonférence statorique sera par exemple donnée par un cercle centré 15 sur l'axe X et passant par les extrémités des conducteurs. Dans ce qui suivra, on entendra par secteur angulaire l'angle défini le long du bobinage statorique, depuis le centre de la machine, autour de l'axe X, dans un plan orthogonal à l'axe de la machine Avantageusement, comme illustré à la figure 2, les extrémités de conducteur 20 240, 242 sont donc sur la même circonférence statorique et s'étendent le long d'un secteur angulaire du stator 14. L'écart angulaire entre les extrémités des phases à relier au point neutre 240 est constant le long du secteur angulaire dans laquelle se situent les extrémités, tel que cela est montré sur la figure 2. De la même manière l'écart angulaire entre les 25 extrémités des phases à connecter à l'électronique 242 est constant le long du secteur angulaire dans laquelle elles se situent. Les extrémités de conducteur s'étendent avantageusement chacune le long de l'axe X de la machine. Avantageusement chaque extrémité de conducteur à relier au point neutre 30 240 est intercalée entre deux extrémités à connecter à l'électronique 242 le long de la direction circonférentielle du bobinage statorique. 7 Dans un premier mode de réalisation, le bobinage est un bobinage tri-phasé, les premières portions de conducteurs de bobinage 242 étant les extrémités de chaque conducteur électrique pour la phase, à connecter à l'électronique, et les deuxièmes portions de conducteurs de bobinage 240 étant les s extrémités de chaque conducteur électrique pour la phase, à relier au point neutre électriquement. Dans un couplage électrique de type étoile, les extrémités connectées au point neutre 240 sont reliées au moyen d'un interconnecteur 30 visible sur la figure 2. Alternativement, dans un couplage électrique de type triangle, les 10 extrémités connectées entre les phases sont reliées au moyen d'un interconnecteur 30. Cet interconnecteur 30 s'étend suivant une forme en arc de cercle sur un secteur angulaire d'angle a autour de l'axe X au-dessus du chignon avant (ou arrière), c'est-à-dire dans un plan orthogonal à l'axe de la machine X. 15 L'interconnecteur 30 s'étend suivant un secteur angulaire limité compris entre 30° et 90°, avantageusement. L'interconnecteur 30 suit avantageusement l'arc de la courbure du chignon avant autour de l'axe X. L'interconnecteur 30 positionné sensiblement entre les périphéries intérieure et extérieure du bobinage, peut dépasser notamment radialement du 20 bobinage statorique. L'interconnecteur 30 comprend avantageusement trois pattes 31, 32, 33, électriquement conductrices, décalées angulairement autour de l'axe X. Les pattes 31, 32, 33 sont décalées angulairement le long de l'arc de l'interconnecteur en suivant avantageusement la courbure de 25 l'interconnecteur, comme illustré à la figure 3. Les pattes sont avantageusement angulairement proches c'est-à-dire séparées d'une faible distance circonférentielle qui correspond avantageusement à la distance séparant les premières extrémités de conducteur. Comme illustré à la figure 3, chaque patte de l'interconnecteur positionnée 30 radialement entre l'axe de la machine et le palier, s'étend avantageusement selon l'axe X. Les pattes de l'interconnecteur s'étendent avantageusement 8 du même côté du bobinage statorique 24 que les extrémités des conducteurs à interconnecter 240. Un corps conducteur 34 relie par exemple avantageusement électriquement les pattes entre elles. Le corps 34 s'étend par exemple dans un plan d'extension de l'interconnecteur 30, qui est avantageusement transverse à l'axe de la machine X, et les pattes 31, 32, 33 s'étendent depuis le corps de l'interconnecteur 34. Les pattes s'étendent par exemple selon une première portion contenue dans le plan du corps puis une portion adjacente transverse à la portion précédente et s'étendant selon l'axe X, comme illustré sur la 10 figure 4, par un des deux éléments conducteur illustrés. Les pattes ont ainsi une forme coudée. Un élément conducteur est ainsi formé par ledit corps 34 et les pattes 31, 32, 33. Chaque patte présente une surface d'extrémité radiale 300 illustrée à la figure 3, avantageusement portée par la portion de patte s'étendant selon 15 l'axe X de la machine, c'est-à-dire la portion de la patte adjacente à l'extrémité libre de la patte. La surface d'extrémité radiale 300 définit une surface de connexion pour une première extrémité du conducteur 240. Un boitier est moulé autour de l'élément conducteur 35, formant ainsi l'interconnecteur 30 illustré à la figure 3. Le boitier s'étend avantageusement 20 dans le plan transverse à l'axe de la machine X. Les extrémités à connecter à l'électronique 242 sont avantageusement guidées par des moyens de guidage 36 de l'interconnecteur précédent 30, illustrés à la figure 3. Les moyens de guidage sont distribués le long de l'arc de l'interconnecteur 25 en suivant avantageusement la courbure de l'interconnecteur. Les moyens de guidage 36 sont avantageusement angulairement proches c'est-à-dire séparés d'une faible distance circonférentielle qui correspond avantageusement à la distance séparant les extrémités de conducteur à guider vers l'électronique 242. Les moyens de guidage s'étendent 30 avantageusement du même côté du bobinage statorique 24 que les extrémités des conducteurs à connecter à l'électronique 242. 9 Les pattes à souder aux extrémités de conducteur à interconnecter 31, 32, 33 et les moyens de guidage 36 sont intercalés angulairement autour de l'axe X c'est-à-dire le long de l'interconnecteur de sorte à respecter la géométrie de bobinage dans laquelle les extrémités de conducteur à s interconnecter et les extrémités de conducteur à connecter électriquement sont également décalées angulairement autour de l'axe X le long de la direction circonférentielle du bobinage. Dans le cas du bobinage précédemment décrit les pattes 32 et 33 sont chacune intercalée entre deux moyens de guidage 36, comme illustré à la 10 figure 3, et la patte 31 est adjacente à un moyen de guidage 36. En parcourant angulairement l'interconnecteur dans le sens horaire se succèdent la patte 31, un moyen de guidage 36, la patte 32, un autre moyen de guidage, la patte 33 et un dernier moyen de guidage. Les moyens de guidage sont, dans un premier mode de réalisation, illustré à 15 la figure 5, des trous percés dans le boitier, selon l'axe de la machine par exemple, c'est-à-dire avantageusement transverses à la direction de sortie des extrémités de conducteurs à diriger vers l'électronique de commande. Au moins un des trous a notamment une forme adaptée pour y insérer un conducteur matricé dont la section est donc variablement circulaire et 20 rectangulaire. Le trou a pour cela une forme telle qu'illustrée à la figure 5 avec notamment une partie arrondie et une partie rectiligne. Le jeu entre le fil et le trou est notamment le plus petit possible pour pouvoir bloquer totalement le conducteur dans le trou simplement par ajout d'un peu 25 vernis. Les moyens de guidage sont, dans un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 6, des clips s'étendant depuis le boitier. Les clips s'étendent par exemple dans le plan d'extension du boitier, transversalement à l'axe X de la machine. Les clips sont ainsi 30 avantageusement transverses à la direction de sortie des extrémités de 10 conducteurs à diriger vers l'électronique de commande. Les clips sont par exemple venus de matière avec le boitier. Les clips se présentent par exemple sous forme de mâchoire déformable, adaptées pour y insérer les extrémités de conducteur en force. En variante, s les clips se présentent sous forme de mâchoires non déformable, les extrémités de conducteurs étant glissées dans les mâchoires lors du montage de l'interconnecteur sur le bobinage. Dans une variante du premier mode de réalisation, le stator 14 présente un bobinage double triphasé. L'interconnecteur 30 comprend alors six pattes 31, 10 32, 33 et 31', 32', 33' pour connecter les deux systèmes triphasés. Les trois pattes 31, 32, 33 sont connectées électriquement entre elles et permettent de connecter le premier système triphasé et les trois pattes 31', 32', 33' sont connectées électriquement entre elles, permettent de connecter le deuxième système triphasé, et sont isolées électriquement des trois pattes 31', 32', 33'. 15 Les pattes pour connecter les deux systèmes triphasés seront avantageusement intercalées c'est-à-dire que deux pattes adjacentes de l'interconnecteur 30 selon la direction circonférentielle ne seront pas connectées électriquement. Un élément conducteur 35 relie par exemple les pattes 31, 32, 33 et un 20 élément conducteur 35' relie les pattes 31', 32', 33'. Les deux éléments conducteurs 35 et 35' sont disposés l'un au dessus de l'autre comme illustré à la figure 4. Un boitier est moulé autour des deux éléments conducteurs pour former l'interconnecteur 30 illustré aux figures 5 et 6. Les moyens de guidage 36 et 36' de chacun des deux bobinages triphasés 25 sont intercalés avec les pattes des deux conducteurs de sorte que deux pattes adjacentes pour les deux systèmes triphasés, par exemple 31, 31', sont séparées des deux pattes adjacentes suivantes pour les deux systèmes triphasés, par exemple 32, 32', par deux moyens de guidage adjacents 36, 36' pour chacune des deux extrémités de conducteur de chaque bobinage 30 triphasé, à connecter à l'électronique. 11 Afin d'établir les connexions, les trois extrémités à interconnecter 240 du premier système triphasé sont reliées électriquement au premier système de pattes 31, 32, 33, et les trois extrémités à interconnecter 240 du deuxième système triphasé sont reliées électriquement au deuxième système de pattes s 31', 32', 33'. Les trois extrémités à connecter électriquement 242 du premier système triphasé sont guidées vers l'électronique de commande par les trois moyens de guidage 36. Les trois extrémités à connecter électriquement 242 du deuxième système triphasé sont guidées vers l'électronique de commande par les trois moyens de guidage 36'. 10 Sans déviation nécessaire du fil, les premières extrémités de conducteur 240 sortent chacune parallèle et en regard d'une surface de connexion 300 d'une patte à fixer et chacune est directement connectée sur la surface de connexion 300 de la patte en regard. De la même manière chaque deuxièmes extrémités de conducteur 242 est montée dans le moyen de 15 guidage à proximité 36, sans déviation nécessaire du fil. Dans un deuxième mode de réalisation non illustré, les portions de conducteurs de bobinage 240 à interconnecter sont des extrémités d'interconnexion d'une même phase d'un bobinage à ramener au même potentiel, par exemple. 20 Chaque première extrémité de conducteur 240 est avantageusement fixée à la patte en regard à laquelle elle devra être connectée, par soudure laser. La soudure est réalisée au niveau de la surface d'extrémité libre de la patte 301, et d'une surface d'extrémité à souder de l'extrémité du conducteur. Ces surfaces d'extrémité sont avantageusement sensiblement de même 25 dimension, avec un écart de l'ordre de 20 pourcents. En pratique l'extrémité du conducteur 240 sera préalablement coupée net, puis un outillage plie et maintien cette extrémité de conducteur à souder en appui sur la surface d'appui 300 de la patte. Les surfaces des extrémités libres 301 des pattes 31, 32, 33, 31', 32', 33' 30 seront avantageusement sensiblement toutes contenues dans un même plan, par exemple perpendiculaire à l'axe X, dans un souci de simplification du procédé de soudure. 12 Les surfaces d'extrémité à souder sont alors également avantageusement contenues dans ce même plan, qui sera le plan de soudure. Le plan de soudure comprenant donc à la fois les surfaces à souder des extrémités de conducteurs et extrémités libres 301 des pattes correspondantes, ceci permet de simplifier l'enchainement des soudures en ayant notamment pas à modifier la hauteur du laser pour le tir. Le choix de deux matériaux identiques pour la patte et la portion de conducteur 240 permet d'améliorer encore la soudure, comme un cuivre quasi pur notamment. 10 L'extrémité de conducteur 240 à souder sera dénudée par exemple sur une hauteur selon X de 4mm, avantageusement 3mm, depuis la surface à souder, et une longueur de patte de 4 mm selon l'axe X dépassera avantageusement du surmoulage plastique de l'interconnecteur 30. L'extrémité de conducteur 240 sera ainsi avantageusement suffisamment 15 dénudée et la surface d'extrémité libre 301 de la patte suffisamment éloignée du plastique de l'interconnecteur 30 pour que la chaleur générée par le tir laser à proximité du point de soudure ne risque pas de brûler l'émail du conducteur ou le plastique de l'interconnecteur, pouvant générer des gaz et des projections de matière. De tels gaz pouvant contaminer la soudure et 20 générer l'apparition de bulle à l'intérieur et les projections de matières pouvant contaminer la soudure en cours, les pattes voisines, le stator et les outillages sont ainsi évités autant que possible. L'axe du laser réalisant la soudure est utilisé perpendiculairement au plan de soudure, donc selon l'axe X ici typiquement. 25 On utilisera un laser bi-spot (tir en deux points et non en un seul), permettant de tirer simultanément sur les deux surfaces à souder. Cela permettra notamment de souder malgré un léger décalage axial entre la patte et l'extrémité de conducteur. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 30 uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. 13 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,