Brevet FR3092446A1 — publié le 20200807

Description Titre de l'invention : Connecteur électrique pour machine électrique tournante d'un véhicule automobile [0001] La présente invention concerne un connecteur électrique pour machine électrique tournante, ainsi que d'une machine électrique tournante comprenant. un tel connecteur, d'une boite de vitesses équipée d'une telle machine électrique tournante et d'une chaine de traction comprenant une telle boite de vitesses. [0002] L'invention se rapporte au domaine des véhicules équipés d'un embrayage permettant de relier une machine électrique tournante à un moteur thermique. Ce système est notamment présent dans les véhicules hybrides, où la machine électrique tournante permet de mettre en mouvement le véhicule. Etat de la technique [0003] Une machine électrique tournante est généralement équipée d'un rotor et d'un stator. Le stator peut être équipé de bobines alimentées électriquement pour générer un champ magnétique destiné à entraîner en rotation le rotor. Ce type de machine annulaire implique de monter électriquement les bobines en parallèle. Il est donc nécessaire, afin de les alimenter en énergie électrique, de les relier à un connecteur électrique disposé autour du stator. Ce connecteur nécessite autant de conducteurs qu'il existe de phases pour l'alimentation des bobines, auquel on ajoute un conducteur neutre. Par ailleurs, Si on veut équilibrer les phases, il est nécessaire de prolonger les conducteurs circonférentiellement ce qui amène à un nombre de conducteurs plus important radialement Cette augmentation de conducteurs impacte de manière importante l'encombrement du connecteur électrique, qui, à son tour, augmente l'encombrement de la machine électrique tournante. 100041 La présente invention permet donc de résoudre ce problème d'encombrement. 100051 L'invention se présente sous la forme d'un connecteur électrique pour machine électrique tournante d'un véhicule automobile, le connecteur électrique étant configuré pour connecter électriquement des bobines de la machine électrique tournante à une source d'alimentation électrique, le connecteur électrique comprenant au moins une première piste électrique et au moins une deuxième piste électrique, la deuxième piste électrique s'étendant circonférentiellement autour d'un axe de rotation de la machine électrique tournante, caractérisé en ce que la deuxième piste comprend au moins une première partie et une deuxième partie au moins partiellement superposées axialement entre elles. 100061 La première piste électrique est destinée à être connectée à un ou plusieurs neutres électriques. La deuxième piste est destinée à être connectée à une même phase 2 électrique. Ainsi, la première piste électrique et la deuxième piste électrique permettent l'alimentation en un courant électrique, notamment un courant alternatif, d'une pluralité de bobines électriques du stator reliées électriquement à la première piste électrique et à la deuxième piste électrique. La première partie et la deuxième partie de la deuxième piste sont au même potentiel électrique mais ne sont pas directement reliées électriquement entre elles à l'intérieur du connecteur électrique selon l'invention. Le seul contact électrique entre ces deux parties est la source d'alimentation de la deuxième piste disposée à l'extérieur du connecteur électrique objet de l'invention. La superposition axiale des deux parties d'une même piste permet de diminuer l'encombrement radial du connecteur électrique. [0007] La première partie et la deuxième partie d'une même piste sont deux cerclages distincts et électriquement conducteurs. [0008] La première partie et la deuxième partie de la deuxième piste comprennent chacune au moins une première portion, une deuxième portion et une troisième portion, au moins une portion de la première partie étant superposée axialement à une portion de la deuxième partie. [0009] La deuxième portion de la première partie est superposée axialement à la troisième portion de la deuxième partie et la deuxième portion de la deuxième partie est superposée axialement à la troisième portion de la première partie. Ainsi, lorsque le connecteur électrique est mis en oeuvre dans une machine électrique tournante, les bobines électriques du stator sont reliées électriquement à la première piste électrique, formant un neutre électrique, et à une portion de la première partie ou de la deuxième partie de la deuxième piste électrique. Cette configuration permet ainsi de favoriser l'équilibrage magnétique de la machine électrique tournante, tout en réduisant l'encombrement du connecteur électrique. [0010] La première portion et la troisième portion de la première partie et/ou de la deuxième partie sont destinées à être connectées électriquement à une bobine électrique, tandis que la deuxième portion est dépourvue de connexion électrique avec une bobine électrique. [0011] Autrement dit, aucune bobine électrique 8 de la figure 2 n'est connectée élec- triquement à la deuxième portion intercalée circonférentiellement entre la première portion et la troisième portion, du fait de la superposition axiale de la première partie et de la deuxième partie de la deuxième piste. [0012] La première partie et/ou la deuxième partie de la deuxième piste s'étendent chacune circonférentiellement dans un secteur angulaire compris entre 240 et 2700 . [0013] Pour une machine électrique tournante à quatre cadrans, chaque partie de la deuxième piste est agencée en fonction de la circonférence totale de la machine électrique tournante, soit 360°, divisée par le nombre de cadrans, soit quatre, multiplié 3 par le nombre de secteurs angulaires de 90° par parties, soit trois. Chaque partie s'étend donc circonférentiellement dans un secteur angulaire sensiblement égal à 270'. [0014] La deuxième piste dans sa globalité couvre ainsi la totalité de la circonférence du stator et alimente donc l'intégralité des bobines électriques d'une même phase. [0015] La première portion, la deuxième portion et la troisième portion ont leur propre dimension axiale. [0016] Une dimension axiale de la deuxième portion et/ou de la troisième portion de la première partie et/ou de la deuxième partie est inférieure à une dimension axiale de la première portion de la première partie, respectivement de la deuxième partie. [0017] Les portions sont agencées circonférentiellement les unes par rapport aux autres. Plus particulièrement, les parties de la deuxième piste sont décalées angulairemcnt d'une portion angulaire identique, dans l'exemple d'un angle de 90 degrés. La première partie de la deuxième piste est partiellement superposée axialement à la deuxième partie de la deuxième piste. [0018] Les portions s'étendent dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation de la machine électrique tournante, ces plans étant distincts. En effet, à la transition entre la première portion et la deuxième portion, la dimension axiale de la deuxième piste diminue. Cela entraîne un décalage de la face avant de la première portion à la deuxième portion tandis que la face arrière de la première portion et de la deuxième portion demeure inchangée. [0019] A la transition entre la deuxième portion et la troisième portion, la deuxième piste change de plan axial à la troisième portion tout en maintenant une dimension axiale sensiblement identique à celle de la deuxième portion. Ainsi, la face avant de la troisième portion se retrouve dans le même plan que la face avant de la première portion, tandis que la face arrière de la troisième portion se retrouve dans le même plan que la face avant de la deuxième portion. [0020] Le connecteur électrique comprend plusieurs deuxièmes pistes, et dans l'exemple, six pistes correspondant à deux systèmes triphasés. [0021] Cette configuration permet ainsi l'utilisation d'un courant multiphasé, dans l'exemple double triphasé, le courant électrique pal-courant ainsi trois phases électriques distinctes d'un système triphasé. Les deuxièmes pistes sont agencées radialement les unes par rapport aux autres. De manière alternative, tout autre nombre de deuxièmes pistes est envisageable. [0022] Le connecteur électrique est configuré pour que les deux parties de la deuxième piste soient configurées pour être portées au même potentiel électrique. [0023] L'alimentation en énergie électrique de chaque partie est différente que dans le cas où la piste aurait été en une seule partie. [0024] La première piste comprend quant à elle des sections distinctes de neutre, portées au potentiel électrique neutre, soit quatre sections distinctes dans l'exemple. [0025] Les sections sont agencées circonférentiellement les unes par rapport aux autres. De manière avantageuse, les sections de la première piste s'inscrivent dans un même diamètre. Cette configuration permet de diminuer l'échauffement de la première piste, notamment du fait de l'effet Joule, lorsqu'un courant électrique est appliqué au connecteur électrique. [0026] Le connecteur électrique comprend un boîtier logeant la première piste et les deuxièmes pistes. [0027] Le boitier est en matière électriquement isolante, par exemple un matériau syn- thétique comme des polymères, assurant ainsi l'isolation électrique des différents composants du connecteur électrique. [0028] Suivant l'invention, une machine électrique tournante comprenant un tel connecteur électrique comprend également un rotor et un stator, le stator comprenant une pluralité de bobines électriques reliées à une ou plusieurs sources d'alimentation électrique par le connecteur électrique. [0029] Le rotor est situé radialement à l'intérieur du stator. Cette configuration permet de faciliter l'agencement des connexions électriques entre la pluralité de bobines électriques du stator et le connecteur électrique. La machine électrique tournante est destinée à être intégrée à un véhicule automobile, voiture ou poids-lourd. De manière avantageuse, la machine électrique tournante est destinée à être intégrée à une cloche d'embrayage d'une boite de vitesses du véhicule automobile. [0030] Une boite de vitesses d'un véhicule automobile selon l'invention comprend au moins un ensemble d'engrenages et une machine électrique tournante telle que décrite précédemment. [0031] La boite de vitesses est destinée à être intégrée à une chaine de traction hybride. [0032] La chaine de traction hybride selon l'invention comprend un moteur à combustion interne couplé à la machine électrique tournante par un module d'embrayage avantageusement situé dans la cloche d'embrayage de la boite de vitesses. L'embrayage peut se situer avant ou après la machine électrique tournante. [0033] Ainsi, la machine électrique tournante peut assurer la propulsion du véhicule au- tomobile, seule ou en combinaison avec le moteur à combustion interne. Elle permet également le démarrage du moteur à combustion interne et l'assiste lors de l'accélération du véhicule. La machine électrique tournante peut également remplir la fonction d'un alternateur. Une énergie peut également être récupérée lors du freinage du véhicule par la machine électrique tournante selon l'invention, la machine électrique tournante est alors un frein pour le véhicule. Présentation des figures [0034] [fig.1] représente une vue d'ensemble de la machine électrique tournante avec le connecteur électrique selon l'invention, [0035] [fig.2] représente un schéma des pistes du connecteur électrique et de leurs connexions aux bobines du stator, [0036] [fig.3] représente la première piste du connecteur électrique, [0037] [fig.4] représente la première partie de plusieurs deuxièmes pistes du connecteur électrique, [0038] [fig.5] représente la deuxième partie de plusieurs deuxièmes pistes du connecteur électrique, [0039] [fig.6] représente une superposition axiale entre la première partie et la deuxième partie de la deuxième piste, [0040] [fig.7] représente une superposition radiale entre la première partie et la deuxième partie de la deuxième piste, [0041] [fig.8] représente une vue du dessus de la superposition radiale et axiale entre la première partie et la deuxième partie de la deuxième piste, [0042] [fig.9] représente une illustration schématique d'une boite de vitesses intégrant la machine électrique tournante. [0043] La figure 1 montre un stator 18 d'une machine électrique tournante 13, comprenant une pluralité de bobines 8. La machine électrique tournante 13 comprend un connecteur électrique 1 selon l'invention. Ce connecteur électrique 1 est de forme circulaire et s'étend autour d'un axe de rotation 17 de la machine électrique tournante 13. Ce connecteur électrique 1 comprend une première piste 2 et au moins une deuxième piste 3 de la figure 2. Dans le cas présent, le connecteur électrique 1 comprend deux fois trois parties de de deuxièmes pistes 3 réparties autour de l'axe de rotation 17. [0044] La première piste 2 est configurée pour être portée au potentiel neutre, et cette première piste 2 sera décrite plus en détail à la figure 3. Les deuxièmes pistes 3 sont configurées chacune pour être portées à un potentiel électrique différent. De manière avantageuse, la première piste 2 et/ou les deuxièmes pistes 3 sont réalisées dans un matériau électriquement conducteur, par exemple en cuivre. Les pistes sont des bandes rigides, autoporteuses. 6 [0045] La première piste 2 est située radialcment à l'intérieur des deuxièmes pistes 3. Chaque deuxième piste est divisée en deux parties référencées 3a et 3b tel que cela est visible sur la figure 2. Une première partie 3a de la deuxième piste 3 entoure l'axe de rotation 17 sur un secteur angulaire compris entre 240 et 270', selon un sens horaire. La deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 entoure l'axe de rotation 17 sur un secteur angulaire compris entre 240 et 270' selon un sens anti-horaire. De manière alternative, tout autre nombre de deuxième piste est envisageable. Les deuxièmes pistes 3 sont agencées radialemcnt les unes par rapport aux autres. On comprend ici que chaque deuxième piste présente un diamètre qui augmente de la piste située radialement la plus à l'intérieur vers la piste située radialemcnt le plus à l'extérieur. Chaque partie de la deuxième piste 3 est de taille identique et alimente le même nombre de bobines électriques 8. [0046] Chacune des deuxièmes pistes est alimentée électriquement par une source d'alimentation 4. Cette configuration permet par exemple l'utilisation d'un courant triphasé, le courant électrique comprenant ainsi trois phases électriques distinctes. [0047] La première piste 2 et la deuxième piste 3 sont toutes deux logées dans un boiticr 9 qui permet d'assurer le maintien du connecteur électrique. Le boitier 9 est en matière électriquement isolante, par exemple un matériau synthétique, assurant ainsi l'isolation électrique des différents composants du connecteur électrique 1. [0048] Des liaisons électriques 7 émergent d'une face axiale du connecteur électrique 1 et redescendent en direction du stator en longeant la paroi interne du boitier 9 pour venir descendre à la bobine électrique 8 concernée. [0049] Le connecteur électrique 1 comprend une partie de raccordement 19 située en pé- riphérie externe du boitier. La partie de raccordement 19 est un intermédiaire perinettant l'alimentation en énergie électrique du connecteur électrique 1 par la source d'alimentation 4. [0050] La figure 2 permet de mieux comprendre comment les bobines 8 sont alimentées en énergie électrique. En effet, les bobines électriques 8 sont montées en étoile. L'énergie électrique provenant de la source d'alimentation 4 va dans un premier temps circuler par les deuxièmes pistes 3, puis va alimenter les bobines 8 par l'intermédiaire des liaisons électriques 7. L'énergie électrique va ensuite circuler dans la première piste 2, alimenter une autre bobine reliée électriquement à la même section de la première piste 2 et enfin vers la source d'alimentation 4 par le biais d'une deuxième piste 3. Le potentiel électrique entre les deux parties d'une même piste est identique. De manière avantageuse, l'alimentation en énergie électrique de chaque partie est distribuée différemment que dans le cas où la piste aurait été en une seule partie. [0051] Pour des raisons de compréhension de la figure 2, les parties d'une même piste ont été représentées radialement séparées l'une de l'autre mais l'invention vise la super- 7 position axiale de ces parties. [0052] Chaque partie d'une deuxième piste 3 comprend une première portion 10, une deuxième portion 11 et une troisième portion 12. Chacune portion s'étend sur un secteur angulaire sensiblement égal à 90'. La première portion, la deuxième portion et la troisième portion s'étendent dans le prolongement circonférentiel l'une de l'autre. La première portion 10 et troisième portion 12 sont représentées en traits pleins, tandis que la deuxième portion 11 est représentée en pointillées, illustrant ainsi la superposition axiale de la première partie 3a et de la deuxième partie 3b d'une même deuxième piste 3. [0053] Chaque première portion 10 et troisième portion 12 de la deuxième piste 3 possède des terminaisons 6 destinées à se connecter électriquement à la liaison électrique 7, en vue d'alimenter les bobines électriques 8. Les terminaisons 6 sont également visibles sur les figures 4 à 8. [0054] La figure 3 est une représentation de la première piste 2. Elle comprend quatre sections distinctes référencées 2a, 2b, 2e, 2d et correspond au neutre électrique d'une machine conçue en quatre sections. Les sections 2a à 2d sont agencées circonférentiellement autour de l'axe de rotation 17 de la machine électrique tournante. De manière avantageuse, les sections 2a à 2d de la première piste 2 s'inscrivent dans un même diamètre. Chacune des sections 2a à 2d s'étend sur un secteur angulaire sensiblement égal à 90' et ces sections sont disposées circonférentiellement les unes dans le prolongement de l'autre. De manière avantageuse, chaque section de la première piste électrique 2 est en regard radialement d'une portion de la première partie 3a et/ou de la deuxième partie 3b de la deuxième piste électrique 3. Des terminaisons 6 destinées à loger les liaisons électriques 7 vers les bobines électriques 8 sont présentes de manière régulière sur toutes les sections 2a à 2d de la première piste 2. [0055] La figure 4 est une représentation de la première partie 3a de la deuxième piste 3. La partie 3a s'étend circonférentiellement sensiblement sur un secteur angulaire compris entre 240 et 270°. De manière avantageuse, chaque portion 10 à 12 de la partie 3a s'étend sur un angle environ égal à 90°. Ainsi, la troisième portion 12 de la partie 3a est située diamétralement à l'opposé de la première portion 10 d'une même partie par rapport à l'axe de rotation 17, la deuxième portion 11 étant intercalée circonférentiellement entre la première portion 10 et la troisième portion 12. [0056] Plusieurs deuxièmes pistes 3 s'étendent de la partie de raccordement 19 jusqu'à une extrémité libre 20 dans un sens horaire, chacune des deuxièmes pistes étant de longueur différente selon un secteur angulaire compris entre 240 et 270°. Au niveau de la partie de raccordement, les deuxièmes pistes présentent une portion en U sur lequel les moyens de la source d'alimentation 4 sont connectés. [0057] On note que quelle que soit la partie de la deuxième piste 3, les terminaisons 6 ne 8 sont présentes que sur la première portion 10 et sur la troisième portion 12 qui sont destinées à être connectées électriquement à des bobines électriques 8. [0058] La figure 5 est une représentation de la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3. Les caractéristiques de la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 sont identiques à plusieurs exceptions près. Les deuxièmes pistes s'étendent de la partie de raccordement 19 jusqu'à une extrémité libre 20 dans un sens antihoraire et présentent une portion en L sur leur portion au niveau de la partie de raccordement 19. [0059] Sur la figure 4 et la figure 5, un épaulement 21 marque la transition entre la deuxième portion 11 et la troisième portion 12 de la première partie 3a et de la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3. 11 est plus ou moins diamétralement opposé aux portions en U et en L de la deuxième piste 3. Cet épaulement 21 permet une réorganisation radiale entre la première partie 3a et la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 pour permettre la superposition radiale entre les deuxièmes pistes 3. [0060] De manière avantageuse, la première partie 3a et la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 sont superposées axialement entre elles sur environ 180°. Ainsi, le connecteur électrique 1 est divisé en quatre cadrans dont deux cadrans sont formés par la première portion 10 et la troisième portion 12 de la première partie 3a de la deuxième piste électrique 3 et deux cadrans sont formés par la première portion 10 et la troisième portion 12 de la deuxième partie 3b de la deuxième piste électrique 3. [0061] Les figures 6 à 8 illustrent plus en détail les dispositions des superpositions axiales et radiales des deux parties 3a et 3b de la deuxième piste 3. [0062] La figure 6 représente la transition 22 entre la première portion 10 et la deuxième portion 11 de la première partie 3a de la deuxième piste 3, mais la disposition est identique pour la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3. La transition 22 réside en une différence de dimension axiale de la première portion 10 comparé à la deuxième portion 11. La troisième portion 12 de la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 est également visible sur la figure 6 et illustre parfaitement la superposition axiale des parties 3a et 3b de la deuxième piste 3. De manière avantageuse, la dimension axiale de la deuxième portion 11 et/ou de la troisième portion 12 est sensiblement égale à la moitié de la dimension axiale de la première portion 10, à +/- 10%. Cela permet un équilibrage des résistances au sein de la deuxième piste 3. Cela permet également de générer une homogénéisation de la température au sein de la piste électrique. La figure 6 montre également la présence de deux terminaisons 6 qui émergent axialement de la troisième portion 12, une dernière terminaison 6 étant ménagé sur une extrémité libre de la troisième portion 12. [0063] La figure 7 représente l'épaulement 21 entre les deuxièmes portions 11 et troisièmes portions 12 des deux parties de la deuxième piste 3. Cette zone est diamétralement opposée au bloc de raccordement des deuxièmes pistes 3. La première partie 3a et la 9 deuxième partie 3b inversent leur position axiale respective par le biais de l'épaulement 21 sous la forme d'une section coudée en S. [0064] La figure 8 est une vue de dessus de la figure 7 représentent la superposition radiale de la première partie 3a et la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3. La première partie 3a et la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 modifient légèrement leur position radiale avant d'inverser leur position axiale entre eux. La différence dc position radiale entre la première partie 3a et la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 permet le changement de position axiale de celles-ci sans que ces deux parties ne se touchent. Par ailleurs, le changement de position radiale s'effectue selon une direction radiale dans un sens d'éloignement ou de rapprochement de l'axe de rotation 17 en fonction de la disposition dans l'espace de la première partie 3a et de la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3. Ce décalage permet une libération d'espace afin que la première partie 3a et la deuxième partie 3b de la deuxième piste 3 situés plus vers l'intérieur de la deuxième piste 3 puisse également avoir de l'espace pour modifier leur position radiale avant d'inverser leur position axiale. [0065] Le connecteur électrique 1 permet donc l'alimentation des bobines électriques 8 situées dans le stator dc la machine électrique tournante 13. Cette dernière est indispensable dans le fonctionnement dc la chaine à traction hybride 15 qui lui est associée. L'ensemble du système est schématiquement présenté à la figure 9. La machine électrique tournante 13 comprend donc le connecteur électrique 1 objet de l'invention, mais également un stator 18 et un rotor mobile 23 en rotation autour de l'axe de rotation 17. Chaque bobine électrique 8 est reliée électriquement à la première piste électrique 2 et à une portion d'une partie de la deuxième piste électrique 3. De manière avantageuse, le connecteur électrique 1 et le stator 18 sont axialement en regard l'un de l'autre. [0066] Le rotor 23 est situé radialement à l'intérieur du stator 18. Le champ magnétique créé par le stator 18 entraine la mise en rotation du rotor 23. La machine électrique tournante 13 est destinée à être intégrée à une boite de vitesses 14, elle-même intégrée à une chaine de traction hybride 15 d'un véhicule automobile, tel qu'une voiture ou un poids lourd. [0067] La figure 9 représente la machine électrique tournante 13 est liée à la chaine de traction hybride 15, et elle est logée dans une cloche 26 d'une boite de vitesses 14 qui comprend également un ensemble d'engrenages 16 permettant son fonctionnement. La boite de vitesses 14 est destinée à être intégrée à la chaine de traction hybride 15 dans le but de mettre en mouvement un véhicule hybride. [0068] La machine électrique tournante 13 comprend le stator 18 et le rotor 23, ce dernier entourant un module d'embrayage 25 installé dans la cloche 26. [0069] La chaine de traction hybride 15 comprend un moteur à combustion interne 24 couplé à la machine électrique tournante 13 par un module d'embrayage 25. Ainsi, la machine électrique tournante 13 peut assurer la propulsion du véhicule automobile, seule ou en combinaison avec le moteur à combustion interne 24. Elle permet également le démarrage du moteur à combustion interne 24 et l'assiste lors de l'accélération du véhicule. La machine électrique tournante 13 peut également remplir la fonction d'un alternateur ou d'un frein. Une énergie électrique peut également être récupérée lors du freinage du véhicule par la machine électrique tournante 13 selon l' invention. [0070] Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7]