Brevet FR3088492A1 — publié le 20200515

PORTE-BALAIS DE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNI D'UN CIRCUIT ÉLECTRONIQUE DE RÉGULATION À PISTES INTÉGRÉES La présente invention porte sur un porte-balais de machine électrique tournante muni d'un circuit électronique de régulation à pistes intégrées. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs pour véhicules automobiles aptes à transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et pouvant être réversibles. ro Les alternateurs modernes pour véhicules automobiles sont des équipements compacts dans lesquels sont intégrés les dispositifs de commande et de régulation. Un porte-balais comporte, de façon connue en soi, des logements pour des balais destinés à venir frotter contre des bagues d'un collecteur porté par 15 l'arbre de la machine afin d'assurer l'alimentation du bobinage du rotor. Le porte-balais est associé à un circuit électronique de régulation visant à réguler la tension aux bornes du bobinage rotorique. Les nouvelles fonctions souhaitées par les constructeurs automobiles, comme par exemple une fonction de freinage récupératif ou d'assistance à 20 l'arrêt du moteur thermique, impliquent l'installation de composants additionnels encombrants. Afin de faciliter leur intégration, le porte-balais 1 montré sur les figures 1a et 1 b comprend un corps 2 muni de logements 3 pour les balais. Le corps 2 est surmoulé sur des traces conductrices 4 associées à des bornes 5 de 25 connexion à des signaux de référence (masse, potentiel positif, phase). Le circuit électronique de régulation 7 comporte des composants électroniques 8 implantés sur une carte électronique 9. Les composants 8 sont reliés électriquement entre eux via des pistes de routage 10 de la carte électronique 9. Des terminaux de connexion 11 sont associés aux différents 30 composants 8 du circuit électronique de régulation 7. Ces terminaux de connexion 11 sont reliés électriquement aux traces conductrices 4 dans des 2 zones de soudure 13, notamment de type laser. Le circuit électronique de régulation 7 est disposé à l'intérieur d'une cavité d'un dissipateur thermique 12 destiné à être fixé sur le corps 2 du porte-balais 1. 5 Une telle configuration présente l'inconvénient de mettre en oeuvre de nombreuses pièces à assembler, dont le dissipateur thermique rapporté. En outre, les soudures laser entre les terminaux de connexion 11 du circuit électronique de régulation 7 et les traces conductrices 4 sont relativement complexes à réaliser. io L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un porte-balais pour machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps muni de logements de réception de balais destinés à venir frotter contre des bagues reliées électriquement à un bobinage rotorique, 15 - des traces sur lesquelles est surmoulé le corps, lesdites traces étant destinées à assurer une interconnexion entre des interfaces de connexion à des signaux de référence et un circuit électronique de régulation, - ledit circuit électronique de régulation étant destiné à réguler une tension appliquée au bobinage rotorique, ledit circuit électronique de régulation 20 comportant des pistes de routage assurant une connexion entre des composants du circuit électronique de régulation, caractérisé en ce que les pistes de routage du circuit électronique de régulation sont intégrées dans le corps du porte-balais. L'invention permet ainsi, du fait de l'intégration des pistes de routage dans le 25 corps du porte-balais, de faciliter l'assemblage du porte-balais en supprimant l'étape de soudage laser entre les terminaux de connexion et les traces du corps de porte-balais et en réduisant le nombre de pièces de l'ensemble, notamment en supprimant le dissipateur rapporté. L'invention présente également une configuration compacte tout en étant aisément adaptable à 30 toute forme de porte-balais. Selon une réalisation, les pistes de routage du circuit électronique de régulation sont intégrées dans le corps du porte-balais 3 par injection bi-matière. Selon une réalisation, les pistes de routage du circuit électronique de régulation sont intégrées dans le corps du porte-balais par structuration directe par laser. 5 Selon une réalisation, les pistes de routage du circuit électronique de régulation sont intégrées dans le corps du porte-balais par dépôt plasma en trois dimensions. Selon une réalisation, le circuit électronique de régulation est disposé à l'intérieur d'une cavité ménagée dans le corps du porte-balais. Selon une réalisation, la cavité est remplie au moins en partie d'un gel destiné à recouvrir le circuit électronique de régulation. Selon une réalisation, le corps est réalisé dans un matériau plastique résistant à des températures de brasure des composants du circuit électronique de régulation. Selon une réalisation, les pistes de routage du circuit électronique de régulation présentent une épaisseur comprise entre 0.2 mm et 0.5 mm. Selon une réalisation, les pistes de routage du circuit électronique de régulation présentent une section minimale de l'ordre de 0.4 mm2. Selon une réalisation, ledit porte-balais comporte un dissipateur thermique. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un porte-balais tel que précédemment défini. 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. Les figures I a et 1 b, déjà décrites, sont des vues en perspective et en perspective éclatée d'un porte-balais selon l'état de la technique ; 4 Les figures 2a et 2b sont des vues en perspective de dessus et de dessous d'un porte-balais selon la présente invention ; Les figures 3a-3e montrent les différentes étapes du procédé de dépôt plasma 3D permettant de réaliser les traces de routage du circuit 5 électronique de régulation. Sur les figures 2 à 3e, les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 2a montre un porte-balais 15 pour machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile. Le porte-balais 15 comporte un corps 10 16 muni de logements de réception 17 de balais destinés venir frotter contre des bagues (non représentées) reliées électriquement à un bobinage rotorique. Le corps 16 est surmoulé sur des traces conductrices 19 destinées à assurer une interconnexion entre des interfaces de connexion 20-22 à des signaux 15 de référence et un circuit électronique de régulation 24. On distingue ainsi une interface 20 de connexion à la masse, une interface 21 de connexion au potentiel positif de la machine, et une interface 22 de réception d'au moins un signal de phase afin d'assurer la régulation de tension. Deux traces 19 permettent d'alimenter les balais soumis respectivement au potentiel positif 20 et à la masse. Ces traces 19 s'étendent jusqu'à des zones de soudage 25 respectives avec des tresses de balais. Le corps 16 est réalisé de préférence dans un matériau plastique résistant à des températures de brasure des composants du circuit électronique de régulation 24. 25 Le circuit électronique de régulation 24 est destiné à réguler une tension appliquée au bobinage rotorique. Outre la fonction de régulation, le circuit électronique 24 pourra réaliser une fonction de récupération d'énergie lors d'une phase de freinage du véhicule automobile. Il sera également possible de prévoir une duplication des différentes fonctions implémentées par le circuit électronique 24 afin de répondre aux nouvelles normes de sécurisation automobiles. 5 Le circuit électronique de régulation 24 comporte des pistes de routage 27 assurant une connexion entre des composants 28 dudit circuit. Les pistes de routage 27 du circuit électronique de régulation 24 sont intégrées dans le corps 16 du porte-balais 15. Par "intégrées", on entend le fait qu'il existe une 5 liaison entre la matière des pistes de routage 27 et la matière du corps 16 du porte-balais 15. Les pistes de routage 27 pourront être déposées sur une face du corps 16 du stator ou à l'intérieur du corps 16 en étant recouvertes par de la matière du corps 16 du porte-balais 15. L'intégration des pistes de routage 27 dans le corps 16 du porte-balais 15 io pourra être effectuée suivant différents procédés. Suivant un procédé d'injection bi-matières, on réalise une injection de deux matières surmoulées, à savoir une matière métallisable grâce à des additifs catalyseurs, et une autre matière non réactive, et on effectue ensuite une métallisation chimique. 15 Suivant un procédé de structuration directe par laser ("laser direct structuring" en anglais), on réalise le corps 16 du porte-balais 15 par injection de plastique chargé, puis on effectue une étape d'activation surfacique au laser, une étape de métallisation, ainsi qu'un assemblage des composants. Suivant un procédé par dépôt plasma en trois dimensions (dit "plasmacoat 20 3D" en anglais), on réalise lors d'une première étape une pièce injectée chargée par un matériau apte à accueillir les pistes de routage 27 en matériau métallique, tel que cela est illustré par la figure 3a. On effectue ensuite une étape de laquage consistant à recouvrir la face de la pièce par une couche de matière 29 non réactive à la dépose du cuivre des 25 pistes de routage 27, tel que cela est illustré par la figure 3b. On effectue ensuite une étape d'impression laser consistant à retirer des portions de la couches de laquage pour révéler sur la face du corps 16 du porte-balais 15 des zones 30 correspondant aux chemins souhaités des pistes de routage 27 du circuit électronique de régulation 24, tel que cela est 30 illustré par la figure 3c. On effectue ensuite une étape de traitement de métallisation plasma de 6 façon à recouvrir de cuivre les zones 30 révélées dans l'étape précédente afin d'obtenir les différentes pistes de routage 27 du circuit électronique de régulation 24, tel que cela est illustré par la figure 3d. On effectue ensuite un assemblage des différents composants 28 5 directement sur le corps 16 du porte-balais 15, tel que cela est illustré sur la figure 3e. Le courant circulant à l'intérieur des pistes de routage 27 pouvant atteindre 16A, il est important de disposer d'une section de cuivre suffisamment importante pour le passage d'un tel courant. On réalise donc de préférence 10 des pistes de routage 27 du circuit de régulation présentant une épaisseur comprise entre 0.2mm et 0.5mm et une largeur adaptée pour avoir une section minimale de l'ordre de 0.4mm2. Par de "l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 10% autour de cette valeur. Les connexions entre les pistes de routage 27 du circuit électronique de 15 régulation 24 et les traces conductrices 19 sont effectuées par un procédé de câblage filaire dit de "wire bonding" en anglais. Le circuit électronique de régulation 24 est de préférence disposé à l'intérieur d'une cavité 32 ménagée dans le corps 16. La cavité 32 est remplie au moins en partie d'un gel destiné à recouvrir le circuit électronique de régulation 24. 20 Le gel vise à protéger le circuit électronique 24 de l'environnement extérieur, en particulier des poussières et des projections de liquide. Le gel pourra également présenter des propriétés de conducteur thermique, mais cela n'est pas indispensable. Comme on peut le voir sur la figure 2b, afin d'améliorer l'évacuation de la 25 chaleur diffusée par le circuit électronique de régulation 24, on pourra prévoir un dissipateur thermique 34 muni d'ailettes de refroidissement 35 s'étendant en saillie depuis la face arrière du porte-balais 15. 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 30 en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 7 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Porte-balais (15) pour machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un corps (16) muni de logements de réception (17) de balais destinés à venir frotter contre des bagues reliées électriquement à un bobinage rotorique, - des traces (19) sur lesquelles est surmoulé le corps (16), lesdites traces (19) étant destinées à assurer une interconnexion entre des interfaces de connexion (20-22) à des signaux de référence et un circuit électronique de régulation (24), - ledit circuit électronique de régulation (24) étant destiné à réguler une tension appliquée au bobinage rotorique, ledit circuit électronique de régulation (24) comportant des pistes de routage (27) assurant une connexion entre des composants (28) du circuit électronique de régulation, caractérisé en ce que les pistes de routage (27) du circuit électronique de régulation (24) sont intégrées dans le corps (16) du porte-balais (15). 2. Porte-balais (15) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pistes de routage (27) du circuit électronique de régulation (24) sont intégrées dans le corps (16) du porte-balais (15) par injection bi-matière. 3. Porte-balais (15) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pistes de routage (27) du circuit électronique de régulation (24) sont intégrées dans le corps (16) du porte-balais (15) par structuration directe par laser. 4. Porte-balais (15) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pistes de routage (27) du circuit électronique de régulation (24) sont intégrées dans le corps (16) du porte-balais (15) par dépôt plasma en trois dimensions. 5. Porte-balais (15) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit électronique de régulation (24) est disposé à l'intérieur d'une cavité (32) ménagée dans le corps (16) du porte-balais (15). 6. Porte-balais (15) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cavité (32) est remplie au moins en partie d'un gel destiné à recouvrir le circuit électronique de régulation (24). 9 7. Porte-balais (15) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps (16) est réalisé dans un matériau résistant à des températures de brasure des composants (28) du circuit électronique de régulation (24). 5 8. Porte-balais (15) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les pistes de routage (27) du circuit électronique de régulation (24) présentent une épaisseur comprise entre 0.2 mm et 0.5 mm. 9. Porte-balais (15) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les pistes de routage (27) du circuit électronique de to régulation (24) présentent une section minimale de l'ordre de 0.4 mm2. 10. Porte-balais (15) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dissipateur thermique (34). 11. Machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte un porte-balais (15) tel que défini selon 15 l'une quelconque des revendications précédentes.