Brevet FR3085807A1 — publié le 20200313

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN INTERCONNECTEUR A PATTES INCLINEES. L'invention porte sur un interconnecteur à pattes de connexion de portion de conducteur de bobinage, inclinées par rapport à l'axe de la machine sur laquelle l'interconnecteur est monté. 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. 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. 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 soudage. Des portions de conducteur de bobinage doivent être reliées électriquement via un interconnecteur pour obtenir un couplage électrique souhaité de la machine, par exemple en triangle ou en étoile. A cet effet, des connexions électriques entre ces portions de conducteurs de bobinage et des pattes de l'interconnecteur seront nécessaires. Dans de tels interconnecteurs connus du document US 2014/0183993, l'opération de connexion électrique des portions de conducteurs de bobinage aux pattes de l'interconnecteur, peut être rendue complexe par la proximité entre les portions de conducteur et le palier arrière dans lequel il est monté notamment, et à l'issue de l'opération de connexion, les portions de 2 conducteur connectées créent un encombrement important à l'origine notamment d'un risque de formation de ponts salins. La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un interconnecteur pour l'interconnexion entre deux conducteurs s d'un bobinage statorique de machine électrique, s'étendant sur un secteur angulaire autour d'un axe, l'interconnecteur comprenant au moins deux pattes électriquement conductrices décalées angulairement, chaque patte électriquement conductrice présentant une surface d'extrémité radiale définissant une surface de connexion pour une portion de conducteur du 10 bobinage de machine électrique, chaque patte de fixation ayant une extrémité libre et ladite patte présentant une distance variable à l'axe au fur et à mesure que l'on se rapproche de son extrémité libre. Une telle configuration de pattes inclinées par rapport à l'axe de la machine permet de gagner un jeu axial et un jeu radial entre le palier arrière et la 15 soudure. Ce jeu supplémentaire permet d'avoir un encombrement plus faible et réduit les risques de ponts salins. Selon une réalisation, la distance à l'axe diminue continument au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'extrémité libre. Selon une réalisation, dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe, les 20 pattes présentent sensiblement une même distance à l'axe, quel que soit le plan de coupe perpendiculaire à l'axe. Selon une réalisation, les surfaces d'extrémité radiale des pattes sont parallèles. Cela permet de simplifier le procédé de connexion de l'interconnecteur en facilitant l'approche des portions de conducteur du 25 bobinage Selon une réalisation, l'interconnecteur comprend également des clips de maintien d'autres conducteurs de bobinage adaptés pour diriger une autre portion de conducteur de bobinage vers une électronique de commande. Cela permet de faciliter le maintien des conducteurs allant vers l'électronique 30 tout diminuant l'impact des vibrations sur ces conducteurs et donc en diminuant le risque de casse. 3 Selon une réalisation, l'interconnecteur comprend également au moins un corps conducteur, les pattes étant connectées entre elles par le corps conducteur. Cette structure d'interconnecteur est simple à réaliser et compacte. s Selon une réalisation, les surfaces libres des pattes sont sensiblement parallèles. Cela permet de simplifier l'étape de soudure sans avoir à changer la hauteur de l'appareil de soudage par exemple du laser. Selon une réalisation, les surfaces libres des pattes sont sensiblement contenues dans un même plan. 10 L'invention concerne également une machine comprenant un bobinage statorique s'étendant autour de l'axe selon une direction circonférentielle, un interconnecteur tel que précédemment décrit. Selon l'invention, les pattes de l'interconnecteur sont disposées le long de la direction circonférentielle du bobinage statorique. Cela permet de minimiser les mouvements de l'appareil 15 de soudure et donc de simplifier le procédé de connexion du bobinage. Selon une réalisation, la portion de conducteur de bobinage est fixée à la surface de connexion de la 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 20 bobinage. Cela permet de réaliser le point neutre ou le couplage en triangle 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. 25 La figure 1 est une vue en coupe partielle d'une machine électrique tournant 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; 4 La figure 3 montre une vue en perspective de l'interconnecteur selon la présente invention; La figure 4 montre une patte de l'interconnecteur inclinée connectée à une portion de conducteur selon la présente invention; 5 La figure 5 est une vue de dessus de l'interconnecteur selon la présente invention; La figure 6 est une vue en perspective des éléments conducteurs de l'interconnecteur selon la présente invention hors surmoulage; La figure 7 illustre la fixation des pattes aux portions de conducteur par 10 soudure laser. 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 15 tournante transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique, en mode 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 20 carter, elle comporte, en outre, l'arbre 12, le rotor 13 solidaire en rotation de 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 25 partie de la machine comprenant l'électronique et la partie avant est la partie 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 30 montage à rotation de l'arbre 12. 5 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 alimente le rotor via le collecteur et est relié à un régulateur (non s 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 10 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 15 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 20 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 25 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 30 recharger sa batterie. Ces modules ou d'autres modules de puissance pourront également être commandés pour injecter du courant dans les 6 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 s première extrémité de conducteur électrique 240 formant un point neutre électrique, une deuxième extrémité de conducteur électrique 242 formant un point de connexion d'une sortie de phase, les terminaux de connexion de phase étant donc formés par deux extrémités de conducteur. Les deuxièmes extrémités de conducteur 242 sont reliées électriquement aux modules électroniques de puissance. 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 sur l'axe X et passant par les extrémités des conducteurs. 15 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 240, 242 sont donc sur la même circonférence statorique et s'étendent le 20 long d'un secteur angulaire du stator 14. L'écart angulaire entre les premières extrémités des phases 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 deuxièmes extrémités des phases 242 est constant le long du secteur angulaire dans 25 laquelle elles se situent. Les extrémités de conducteur sont en sortie de bobinage, sensiblement orientés selon l'axe X. Dans un premier mode de réalisation, le bobinage est un bobinage tri-phasé. Les portions de conducteurs de bobinage 240 à interconnecter sont alors les premières extrémités de conducteur électrique, à relier au point neutre 30 électriquement. 7 Les premières extrémités 240 connectées au point neutre sont reliées au moyen d'un interconnecteur 30 visible sur la figure 2. 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 s un plan orthogonal à l'axe de la machine X. L'interconnecteur 30 s'étend suivant un secteur angulaire limité compris entre 30° et 90°. L'interconnecteur 30 suit avantageusement la courbure autour de l'axe X du chignon avant, sous forme d'un arc. L'interconnecteur 30 positionné sensiblement entre les périphéries intérieure 10 et extérieure du bobinage, peut dépasser notamment radialement du bobinage statorique. L'interconnecteur 30 comprend avantageusement trois pattes 31, 32, 33, électriquement conductrices, décalées angulairement. Les pattes 31, 32, 33 sont distribuées le long de l'arc de l'interconnecteur en suivant 15 avantageusement la courbure de 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. 20 Chaque patte de l'interconnecteur positionnée radialement entre l'axe de la machine et le palier, s'étend dans une direction inclinée par rapport à l'axe X. Les pattes de l'interconnecteur s'étendent avantageusement du même côté du bobinage statorique 24 que les extrémités des conducteurs 240, 242. Un corps conducteur 34 relie avantageusement électriquement les pattes 25 entre elles. Le corps 34 s'étend par exemple dans un plan d'extension de l'interconnecteur 30 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 341 contenue dans le plan du corps puis une portion adjacente 342 transverse à la portion précédente et s'étendant selon une direction inclinée 30 par rapport à l'axe X, comme illustré sur la figure 3. Les pattes ont ainsi une forme coudée, la portion adjacente 342 n'étant pas coaxiale avec l'axe X de la machine. 8 Une telle forme pourra notamment être obtenue par pliage des pattes. Ce pliage des pattes peut être effectué en plusieurs étapes ou en une seule étape en fonction de l'angle final souhaité. Comme illustré à la figure 4, chaque patte de fixation présente donc une distance variable à l'axe au fur et à mesure que l'on se rapproche de son extrémité libre. En particulier la portion adjacente 342 aura une distance à l'axe variable au fur et à mesure que l'on se rapproche de son extrémité libre. La distance pourra par exemple avantageusement diminuer continument depuis l'extrémité reliée à la première portion 341 jusqu'à l'extrémité libre 10 301. On entend par diminuer continument que la distance entre la portion et l'axe diminue de manière linéaire et plus précisément de manière proportionnelle à la hauteur de la portion par rapport au corps 34. Chaque patte présente une surface d'extrémité radiale 300 illustrée à la figure 3, avantageusement portée par la portion adjacente 342, c'est-à-dire la 15 portion de la patte adjacente à l'extrémité libre 301 de la patte. Les pattes sont par exemple à section rectangulaire dans le plan transverse à leur direction d'extension, de sorte que la surface d'extrémité radiale 300 est opposée à une surface opposée, les deux surfaces étant séparées par le conducteur, l'une des surfaces étant en regard du palier et la surface 20 opposée étant en regard de l'axe X de la machine, les deux surfaces étant séparées par une faible épaisseur. Ainsi la première portion 341 et la portion adjacente 342 d'une patte font avantageusement un angle 3 entre elles dans un plan contenant l'axe X et perpendiculaire à la surface d'extrémité radiale 300 de la patte. L'angle 25 p aura une valeur avantageusement comprise entre 20° et 85° et notamment comprise entre 60° et 85°. Un élément conducteur est ainsi formé par ledit corps 34 et les pattes 31, 32, 33. Les pattes d'un élément conducteur ont avantageusement toute sensiblement la même inclinaison par rapport à l'axe X. Ainsi dans un plan 30 de coupe perpendiculaire à l'axe X, les pattes 31, 32 présentent sensiblement une même distance à l'axe, quel que soit le plan de coupe perpendiculaire à l'axe. 9 La surface d'extrémité radiale 300 définit une surface de connexion pour une première extrémité du conducteur 240. Une faible inclinaison de la première extrémité de conducteur 240 permet de l'amener en contact avec la surface d'extrémité radiale 300 pour connexion. D'une patte à l'autre, ces surfaces d'extrémité radiale 300 sont parallèles, comme illustré à la figure 5. Les surfaces de connexion étant parallèles, cela permet de faciliter l'approche des portions de conducteurs pour la connexion selon une direction commune. Dans une variante du premier mode de réalisation, le stator 14 présente un bobinage double triphasé. L'interconnecteur 30 comprend alors deux éléments conducteurs 35 et 35'. Chaque élément conducteur est formé du corps conducteur 34, 34' connectant électriquement trois pattes 31, 32, 33 et 31', 32', 33' entre elles. Les deux corps conducteurs 34, 34' sont non électriquement connectés, chacun des éléments conducteurs permettant de 15 connecter un des deux systèmes triphasés. Toutes les pattes 31, 32, 33, 31', 32', 33' sont coudées selon la même inclinaison et toutes les surfaces d'extrémité radiales 300 des pattes sont parallèles pour cet interconnecteur, comme illustré à la figure 6. Les pattes des deux éléments conducteurs 35 et 35' seront 20 avantageusement intercalées c'est-à-dire que deux pattes adjacentes de l'interconnecteur 30 selon la direction circonférentielle appartiendront à deux éléments conducteurs différents. Afin d'établir les connexions, les trois premières extrémités 240 du premier système triphasé sont reliées électriquement au premier élément conducteur 25 35, et les trois autres premières extrémités du deuxième système triphasé sont reliées électriquement au deuxième élément conducteur 35'. Comme on peut le voir sur la figure 6, les corps conducteurs s'étendent sensiblement parallèlement l'un par rapport à l'autre formant ainsi un écart constant entre les corps conducteurs 34, 34' sensiblement sur toute la longueur sur laquelle 30 s'étendent les éléments conducteurs, une couche de matériau électriquement isolant étant par exemple interposée entre les deux éléments conducteurs. 10 En variante les éléments conducteurs 35, 35' sont partiellement surmoulés par une matière isolante, formant ainsi l'interconnecteur. La matière isolante pourra être une matière plastique renforcée par des fibres ou encore une résine. En variante les deux corps conducteurs 34, 34' s'étendent l'un à côté de l'autre le long de la circonférence du bobinage. Sans déviation nécessaire du fil, les premières extrémités de conducteur 240 sortent chacune parallèle et sont légèrement inclinées d'un même angle pour être amenées en regard d'une surface de connexion 300 d'une patte à fixer w et chacune est directement connectée sur la surface de connexion 300 de la patte en regard. 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 15 potentiel, par exemple. Quel que soit le mode de réalisation, l'interconnecteur 30 pourra comprendre des clips de maintien 36 notamment pour les deuxièmes extrémités de conducteur 242 destinées à être connectées à l'électronique, comme expliqué précédemment. De tels clips 36 permettent notamment de maintenir 20 ces deuxièmes extrémités de conducteur 242 et de les diriger vers l'électronique. De tels clips de maintien 36 s'étendent par exemple dans le plan de l'interconnecteur et se présentent sous la forme de mâchoires. Les clips 36 sont avantageusement venus de matière avec l'interconnecteur 30. Chaque première extrémité de conducteur 240 est avantageusement fixée à 25 la patte en regard à laquelle elle devra être connectée, par soudure laser, illustrée à la figure 7. La soudure est réalisée au niveau de la surface d'extrémité libre de la patte 301, et d'une surface d'extrémité à souder 241 de l'extrémité du conducteur. Ces surfaces d'extrémité 241 et 301 sont avantageusement sensiblement de même dimension, avec un écart de 30 l'ordre de 20 pourcents. 11 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' s seront avantageusement sensiblement toutes contenues dans un même plan, par exemple transverse à l'axe X. Cela simplifie le processus de fixation des pattes en minimisant par exemple le déplacement d'une éventuelle tête laser dans le cas d'une soudure des pattes successives sur les portions de conducteurs correspondantes par une telle tête, décrite par la suite. Les surfaces d'extrémité à souder 241 sont alors également avantageusement sensiblement 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 241 et extrémités libres 301 des pattes 15 correspondantes, ceci permet de simplifier l'enchainement des soudures en ayant notamment pas à modifier la hauteur du laser 38 pour le tir. En variante les extrémités de conducteurs 241 sont dans des plans parallèles. De même les extrémités libres 301 sont également dans les plans parallèles. 20 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. 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 25 241, 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 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 30 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 12 des projections de matière. De tels gaz pouvant contaminer la soudure et 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 38 réalisant la soudure est utilisé perpendiculairement au plan de soudure, donc selon l'axe des pattes ici typiquement. On utilisera un laser bispot (tir en deux points et non en un seul), permettant de tirer simultanément sur les deux surfaces à souder 241 et 301. Cela permettra notamment de souder malgré un léger décalage axial entre la io patte et l'extrémité de conducteur 240. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 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 15 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Interconnecteur (30) pour l'interconnexion entre deux conducteurs d'un bobinage statorique (24) de machine électrique, s'étendant sur un secteur angulaire (u) autour d'un axe X, l'interconnecteur (30) comprenant au moins deux pattes électriquement conductrices (31, 32) décalées angulairement, chaque patte électriquement conductrice présentant une surface d'extrémité radiale (300) définissant une surface de connexion pour une portion de conducteur du bobinage (240) de machine électrique, chaque patte de fixation ayant une extrémité libre (301) et ladite patte présentant une distance variable à l'axe au fur et à mesure que l'on se rapproche de son extrémité libre. 2. Interconnecteur (30) selon la revendication 1 dans lequel la distance à l'axe diminue continument au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'extrémité libre (301). 3. Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel, dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe, les pattes (31, 32) présentent sensiblement une même distance à l'axe, quel que soit le plan de coupe perpendiculaire à l'axe. 4. Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les surfaces d'extrémité radiale (300) des pattes sont parallèles. 5. Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant également des clips de maintien d'autres conducteurs de bobinage (36) adaptés pour diriger une autre portion de conducteur de bobinage vers une électronique de commande. 14 6. Interconnecteur selon l'une des revendications précédentes comprenant également au moins un corps conducteur (34), les pattes (31, 32, 33) étant connectées entre elles par le corps conducteur (34). 5 7. Interconnecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les surfaces libres (301) des pattes sont sensiblement parallèles. 10 8. Machine comprenant : un bobinage statorique (24) s'étendant autour de l'axe X selon une direction circonférentielle, un interconnecteur (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 15 dans laquelle les pattes (31, 32) de l'interconnecteur (30) sont disposées le long de la direction circonférentielle du bobinage statorique (24). 9. Machine selon la revendication 8, dans laquelle la portion de 20 conducteur de bobinage (240) est fixée à la surface de connexion (300) de la patte par soudure laser. 10. Machine selon l'une des revendications 8 à 9 dans laquelle chaque patte (31, 32) de l'interconnecteur (30) est connectée à une portion 25 de conducteur du bobinage (240) appartenant à une phase distincte du bobinage.