FR2995473A1

FR2995473A1 - Machine electrique rotative

Info

Publication number: FR2995473A1
Application number: FR1351865A
Authority: FR
Inventors: Naohiro Motoishi; Masahiko Fujita; Yoshinobu Utsumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-03-14
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: US9413209B2; JP2014057451A; FR2995473B1; JP5420040B1; US20140070643A1

Abstract

Machine électrique rotative, comprenant un support (4, 5) maintenant un rotor (2) et un stator (3) d'un moteur, un dissipateur thermique (13) fixé au support (4, 5), un résolveur (6) constitué d'un rotor (6a) disposé sur un arbre (9) un stator (6b) entourant le rotor (6a), et détectant une position de pôle magnétique du rotor (2), une portion de circuit de stator (14) et une portion de circuit de champ (15) disposées sur le dissipateur (13) sur une surface opposée au résolveur (6), et une carte de commande (16) maintenue sur un côté du dissipateur (13) opposé au résolveur (6) par un boîtier d'insertion (19) attaché au dissipateur (13) et reliée électriquement à la portion de circuit de stator (14) et la portion de circuit de champ (15). Une borne d'entrée-sortie de résolveur (6c) est reliée électriquement à la carte (16) par un trou d'insertion sur le dissipateur (13).

Description

MACHINE ELECTRIQUE ROTATIVE Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine électrique rotative, et plus particulièrement une machine électrique rotative avec un organe de commande intégré.

Arrière-plan technologique Pour une machine électrique rotative, par exemple une machine électrique rotative avec un organe de commande intégré destiné à commander un véhicule, diverses idées ont été mises en pratique pour relier une carte de commande d'un moteur à un résolveur sous la forme d'un capteur d'angle de rotation d'un arbre de rotation du moteur, de manière à réduire les composants nécessaires à la liaison et le nombre d'heures de travail nécessaires à l'assemblage. Le document de brevet 1 propose une technique comme suit. Un stator de résolveur est fixé sur un cadre avant d'un organe de commande et une borne d'entrée-sortie de résolveur se trouve à l'opposé de la carte de commande. Ensuite, une extrémité de la borne d'entrée-sortie de résolveur est insérée axialement dans un trou traversant prévu sur un motif de câblage sur la carte de commande et est soudée dans celui-ci. Le résolveur est donc électriquement relié à la carte de commande.

Document de brevet 1 brevet japonais N° 4 479 821.

Dans la machine électrique rotative avec un organe de commande intégré divulgué dans le document de brevet 1, il n'est pas fourni de moyen d'évacuation de chaleur pour la carte de commande, une portion de circuit de stator et une portion de circuit de champ. Les performances de refroidissement ne sont donc pas satisfaisantes. Résumé de l'invention Un objet de l'invention prévoit une machine électrique rotative compacte et peu coûteuse capable d'améliorer les performances d'évacuation de chaleur, en facilitant le travail d'assemblage d'un résolveur, et en réduisant les composants et le nombre d'heures de travail nécessaires pour la liaison, en fournissant un dissipateur thermique sur une machine électrique rotative comprenant une carte de commande d'un moteur, une portion de circuit de stator, une portion de circuit de champ et un résolveur.

Une machine électrique rotative selon un aspect de l'invention comprend : un support maintenant un rotor et un stator d'un moteur ; un dissipateur thermique fixé sur le support à l'extérieur du support ; un résolveur constitué d'un rotor de résolveur disposé sur un arbre de rotation du moteur entre le dissipateur thermique et le moteur et un stator de résolveur entourant le rotor de résolveur ; une portion de circuit de stator et une portion de circuit de champ disposées sur le dissipateur thermique sur une surface opposée au résolveur ; et une carte de commande fixée à un boîtier d'insertion maintenu par le dissipateur thermique sur un côté du dissipateur thermique opposé au résolveur et reliée électriquement à la portion de circuit de stator et à la portion de circuit de champ. Une borne d'entrée-sortie de résolveur est reliée électriquement à la carte de commande en traversant un trou d'insertion prévu sur le dissipateur thermique. Selon la configuration susmentionnée, il devient possible de fournir une machine électrique rotative compacte et peu coûteuse ayant un excellent effet d'évacuation de chaleur sur une portion de circuit de stator, une portion de circuit de champ et une carte de commande de la machine électrique rotative, en facilitant un travail d'assemblage d'un résolveur au cours de l'assemblage de la machine électrique rotative, et capable de réduire le nombre d'heures de travail nécessaires pour relier les composants et de réduire le nombre de composants. Des caractéristiques complémentaires et/ou alternatives de l'invention sont énumérées ci-après : - le stator de résolveur est fixé au dissipateur thermique par l'intermédiaire d'un organe de rétention de résolveur constitué d'un isolant et maintenant le stator de résolveur ; - le stator de résolveur est fixé au dissipateur 25 thermique par une vis en utilisant un trou de fixation prévu sur l'organe de rétention de résolveur ; - une portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur dans laquelle est insérée la borne d'entrée-sortie de résolveur fait partie intégrante de 30 l'organe de rétention de résolveur et une partie de l'organe de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur est montée dans le trou d'insertion ; un espace entre le trou d'insertion et la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de 5 résolveur est rendu étanche en utilisant un élément d'étanchéité ; - une portion de réservoir d'élément d'étanchéité est prévue dans le trou d'insertion sur un côté de la carte de commande ; 10 - la carte de commande est insérée dans le boîtier d'insertion fixé au dissipateur thermique en utilisant un élément d'enrobage. Les objets, caractéristiques, aspects et avantages précédents de la présente invention, ainsi que d'autres 15 objets, caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention vont devenir plus apparents à partir de la description détaillée suivante de la présente invention en référence aux dessins annexés. 20 Brève description des dessins La figure 1 est une vue latérale en coupe d'une machine électrique rotative selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue frontale de la machine 25 électrique rotative de la figure 1 dans un état dans lequel un couvercle de résine est enlevé. La figure 3 est une coupe transversale prise le long de la ligne A-A' de la figure 2. La figure 4 est une vue frontale d'un dissipateur 30 thermique en vue du côté des ailettes d'évacuation de chaleur.

La figure 5 est une vue frontale d'un stator de résolveur d'une machine électrique rotative selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 6 est une vue latérale en coupe de la 5 machine électrique rotative selon le deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 7 est une vue frontale représentant un état dans lequel un stator de résolveur est attaché à un dissipateur thermique. 10 La figure 8 est une coupe transversale correspondant à la coupe transversale prise le long de la ligne A-A' de la figure 2 et représentant une machine électrique rotative selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 15 La figure 9 est une coupe transversale correspondant à la coupe transversale prise le long de la ligne A-A' de la figure 2 et représentant une machine électrique rotative selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. 20 La figure 10 est une vue partiellement élargie de la figure 9. Description détaillée 25 Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une machine électrique rotative avec un organe de commande intégré (à laquelle il est fait ci-après référence simplement en tant que machine électrique 30 rotative) selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue frontale de la machine électrique rotative de laquelle un couvercle de résine 18 est enlevé. La figure 3 est une coupe transversale prise le long de la ligne A-A' de la figure 2.

En référence aux figures 1 à 3, la machine électrique rotative comprend un rotor 2 comportant un enroulement de champ 2a d'un moteur enroulé sur celui-ci et fixé à un arbre de rotation 9, un stator 3 comportant un enroulement de stator triphasé 3a enroulé sur celui-ci, un support avant 4 et un support arrière 5 maintenant le rotor 2 et le stator 3, l'arbre de rotation 9 dont les deux extrémités sont supportées de à pouvoir tourner sur le support avant 4 et le arrière 5 par l'intermédiaire respectivement de 7 et 8, une poulie 10 fixée à une extrémité avant de l'arbre de rotation 9, un résolveur 6 disposé à une extrémité arrière de l'arbre de rotation 9 et décrit ci-après, un dissipateur thermique 13, et un couvercle de résine 18 recouvrant une carte de commande 16 ainsi que des éléments similaires. Une bague collectrice 11 est montée à l'extrémité arrière de l'arbre de rotation 9 et un balai 12 venant en contact glissant avec la bague collectrice 11 est maintenu par un porte-balai 12a. Un courant est fourni à l'enroulement de champ 2a à travers la bague collectrice 11 et le balai 12. Un stator de résolveur 6b du résolveur 6 servant de capteur d'angle de rotation est disposé dans une portion de fixation de capteur cylindrique 5a formée à un centre du support arrière 5 pour faire face vers l'extérieur. Un rotor de résolveur 6a est fixé sur manière support paliers l'arbre de rotation 9 de manière à s'opposer au stator de résolveur 6b. Le résolveur 6 est un capteur d'angle de rotation disposé coaxialement à l'arbre de rotation 9 et détectant une position de pôle magnétique de l'arbre de rotation 9, c'est-à-dire le rotor 2. Le dissipateur thermique 13 est disposé à l'extérieur du support arrière 5 et sur un côté du résolveur 6 à l'opposé du moteur. Le dissipateur thermique 13 est constitué d'une portion en forme de plaque de métal fortement thermoconducteur et d'un grand nombre d'ailettes d'évacuation de chaleur 13a implantées dans une surface de la portion en forme de plaque sur un côté du support arrière 5. Les ailettes d'évacuation de chaleur 13a sont fixées sur le support arrière 5. Comme cela est représenté sur la figure 4, le dissipateur thermique 13 est pourvu d'une ouverture d'une taille suffisamment grande pour la bague collectrice 11 et la bague balai 12a à un centre. Le dissipateur thermique 13 est également pourvu d'un trou d'insertion 13b à travers lequel est insérée une borne d'entrée-sortie de résolveur décrite ci-après. Sur un côté du dissipateur thermique 13 à l'opposé du moteur, un boîtier d'insertion 19 est fixé au dissipateur thermique 13 et la carte de commande 16 disposée à l'opposé du dissipateur thermique 13 est fixée au boîtier d'insertion 19. Une portion de circuit de stator 14 et une portion de circuit de champ 15 sont fixées sur le dissipateur thermique 13 à l'opposé de la carte de commande 16, de sorte que la chaleur générée dans chaque portion de circuit soit évacuée par le dissipateur thermique 13.

La commande du moteur et la détection de la position de pôle magnétique du rotor 2 par le résolveur 6 sont toutes effectuées par la carte de commande 16. Par conséquent, une borne de liaison de la portion de circuit de stator 14, une borne de liaison de la portion de circuit de champ 15, et une borne d'entrée-sortie de résolveur 6c tirée du stator de résolveur 6b sont toutes dirigées vers la carte de commande 16 et soudées à des trous traversants fournis sur un motif de câblage de la carte de circuit 16. Puisque la portion de circuit de stator 14 et la portion de circuit de champ 15 font face à la carte de commande 16, la borne de liaison de chaque portion de circuit peut être directement reliée à la carte de commande 16. Néanmoins, en raison de la présence du dissipateur thermique 13 entre le résolveur 6 et la carte de commande 16, la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c est insérée à travers le trou d'insertion 13b prévu sur le dissipateur thermique 13 et soudée sur un trou traversant prévu sur le motif de câblage de la carte de commande 16. Le trou d'insertion 13b est par exemple de forme rectangulaire d'une taille suffisamment grande pour permettre l'insertion de la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c.

La carte de commande 16 peut être reliée à chacune de la portion de circuit de stator 14, la portion de circuit de champ 15, et la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c à la fois en insérant les bornes respectives dans les trous traversants correspondants fournis sur le motif de câblage de la carte de commande 16 puis en soudant simultanément toutes les bornes dans les trous traversant. Puisque la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c peut venir à proximité étroite de la carte de commande 16 en traversant le trou d'insertion 13b, il est également possible de relier la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c à la carte de commande 16 sans nécessiter de composant supplémentaire, comme un connecteur. Selon la configuration du premier mode de réalisation décrit ci-dessus, en fournissant le dissipateur thermique 13, la chaleur de la portion de circuit de stator 14 et de la portion de circuit de champ 15 est directement évacuée vers le dissipateur thermique 13 et la chaleur de la carte de commande 16 est évacuée du dissipateur thermique 13 à travers la borne de liaison et le boîtier d'insertion 19. Il devient donc possible d'obtenir un effet de refroidissement satisfaisant sur la carte de commande 16, la portion de circuit de stator 14 et la portion de circuit de champ 15. Parallèlement, la structure de liaison décrite ci-dessus permet de réaliser une liaison de résolveur sans avoir à interposer de composant, comme un connecteur. Il devient ainsi possible de réduire le coût et la taille. De plus, la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c peut être soudée sur la carte de commande 16 en même temps que la portion de circuit de stator 14 et la portion de circuit de champ 15 sont soudées sur la carte de commande 16. Par conséquent, la maniabilité est améliorée tout en réduisant le nombre d'heures de travail nécessaires à l'assemblage et le nombre de composants.

Deuxième mode de réalisation Les figures 5 à 7 sont des vues utilisées pour décrire un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 5 est une vue latérale en coupe d'une machine électrique rotative du deuxième mode de réalisation. La figure 6 est une vue frontale d'un stator de résolveur de cette machine électrique rotative. La figure 7 est une vue frontale du stator de résolveur lorsqu'il est attaché à un dissipateur thermique.

Un stator de résolveur 6b du deuxième mode de réalisation est pourvu d'un organe de rétention 6d constitué d'un isolant qui entoure et maintient le stator de résolveur 6b. Des portions faisant saillie 6g sont disposées à trois points sur une périphérie de l'organe de rétention 6d et un trou d'attachement 6e est disposé sur chaque portion faisant saillie 6g. Par ailleurs, un dissipateur thermique 13 est pourvu de trous de vis 13c (cf. figure 4) correspondant aux trous d'attachement respectifs 6e.

Le stator de résolveur 6b est fixé au dissipateur thermique 13 avec des vis 23 en utilisant les trous d'attachement 6e de l'organe de rétention 6d afin de venir en contact étroit avec le dissipateur thermique 13 sur un côté sur lequel se trouvent les ailettes d'évacuation de chaleur 13a. La borne d'entrée-sortie de résolveur 6c est introduite depuis le côté des ailettes d'évacuation de chaleur du dissipateur thermique 13 pour sortir vers le côté opposé en traversant le trou d'insertion 13b et elle est soudée dans les trous traversant du motif de câblage de la carte de commande 16. Le reste de la configuration en dehors de la structure d'attachement du stator de résolveur 6b est identique à celle du premier mode de réalisation ci-dessus. Il faut bien se rendre compte que le stator de résolveur 6b n'est pas forcément fixé sur le dissipateur thermique 13 par vissage. Par exemple, d'autres procédés de fixation, comme la liaison et le calfeutrage thermique, sont également disponibles à condition d'obtenir une force de fixation fonctionnellement nécessaire. Dans le cas du vissage, les trous d'attachement sont fournis à trois points dans les présentes. Il faut bien se rendre compte néanmoins que le nombre de trous d'attachement n'est pas particulièrement limité à trois.

Selon le deuxième mode de réalisation de la machine électrique rotative, en fixant au préalable le stator de résolveur 6b au dissipateur thermique 13 avant l'assemblage de l'ensemble de la machine électrique rotative, il devient possible de manipuler le stator de résolveur 6b, le dissipateur thermique 13, et la carte de commande 16 en tant qu'une pièce intégrale unique. Par conséquent cela facilite le travail d'assemblage du résolveur et des éléments similaires. De même, un travail de liaison électrique en soudant la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c sur la carte de commande 16 peut être effectué avant d'attacher la pièce intégrale unique à une portion de moteur. En outre, puisque le stator de résolveur 6b est fixé au dissipateur thermique 13, un effet de refroidissement sur le résolveur 6 est amélioré. Les autres effets sont identiques à ceux obtenus dans le premier mode de réalisation ci-dessus. Troisième mode de réalisation La figure 8 est une coupe transversale représentant une proximité d'un résolveur d'une machine électrique rotative selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans le troisième mode de réalisation, une portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f, qui est une portion de la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c dirigée vers la carte de commande 16, constituant une portion sortant de l'organe de rétention 6d et entrant dans le trou d'insertion 13b du dissipateur thermique 13 et insérée dans un isolant, est formée de manière intégrante avec l'organe de rétention 6d du stator de résolveur 6b, et une extrémité de la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f est montée et fixée dans le trou d'insertion 13b du dissipateur thermique 13. Le reste de la configuration est identique à celle du premier ou deuxième mode de réalisation ci-dessus. Selon le troisième mode de réalisation, la borne d'entrée-sortie de résolveur 6c est maintenue par la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f et l'extrémité de la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f est fixée dans le trou d'insertion 13b du dissipateur thermique 13. Cela empêche de casser et de plier la borne, ce qui renforce la liaison électrique avec la carte de commande 16. De plus, puisque la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f fait partie intégrante de l'organe de rétention 6d, il devient possible de former la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f sans augmenter le nombre de composants. Les autres effets sont les mêmes que ceux obtenus dans le premier mode de réalisation ci-dessus. Quatrième mode de réalisation La figure 9 est une coupe transversale représentant une proximité d'un résolveur d'une machine électrique rotative selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. La figure 10 est une vue élargie d'une périphérie d'un trou d'insertion d'un dissipateur thermique de la figure 9. Selon le quatrième mode de réalisation d'une machine électrique rotative, comme cela est représenté sur la figure 9, la carte de commande 16 est insérée dans le boîtier d'insertion 19 par un élément d'enrobage 20, comme de la résine époxyde, et est fixée à l'intérieur de celui-ci. Lorsque le boîtier d'insertion 19 est rempli de l'élément d'enrobage 20, une grande performance d'étanchéité est nécessaire. A cet effet, dans le quatrième mode de réalisation, une paroi cylindrique 13d est fournie sur le trou d'insertion 13b du dissipateur thermique 13 sur un côté de la carte de commande 16. Un côté intérieur de la paroi cylindrique 13d est utilisé comme portion de réservoir d'élément d'étanchéité 22 pour stocker l'élément d'étanchéité 21, comme une résine de silicium hautement visqueuse, entre le trou d'insertion 13b et la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f. Il va sans dire qu'un espacement entre le trou d'insertion 13b et la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f peut être simplement rendu étanche par l'élément d'étanchéité 21 sans fournir la portion de réservoir 22. Grâce à la configuration ci-dessus, il devient possible d'obtenir une grande performance d'étanchéité au moment de l'enrobage de la carte de commande 16 en assurant l'étanchéité à l'air entre le trou d'insertion 13b du dissipateur thermique 13 et la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur 6f. En enrobant la carte de commande 16, il est possible non seulement de protéger la carte de commande 16 contre la poussière et l'humidité, mais également d'améliorer la résistance aux vibrations et les performances d'évacuation de chaleur. Il faut bien se rendre compte que l'élément d'enrobage 20 à utiliser n'est pas limité en particulier à une résine époxyde et que l'élément d'étanchéité 21 n'est pas limité en particulier à une résine de silicium. Les autres effets sont les mêmes que ceux obtenus dans le premier mode de réalisation ci-dessus. Bien que l'invention ait été décrite par le biais du premier mode de réalisation, du deuxième mode de réalisation, du troisième mode de réalisation et du quatrième mode de réalisation ci-dessus, diverses modifications et altérations de la présente invention vont être apparentes à l'homme du métier sans sortir du périmètre et de l'esprit de la présente invention, et il faut bien comprendre que la présente invention n'est

Claims

REVENDICATIONS1. Machine électrique rotative, caractérisée en ce qu'elle comprend : un support (4, 5) maintenant un rotor (2) et un stator (3) d'un moteur ; un dissipateur thermique (13) fixé sur le support (4, 5) à l'extérieur du support (4, 5) ; un résolveur (6) constitué d'un rotor de résolveur (6a) disposé sur un arbre de rotation (9) du moteur entre le dissipateur thermique (13) et le moteur et un stator de résolveur (6b) entourant le rotor de résolveur (6a), et détectant une position de pôle magnétique du rotor (2) ; une portion de circuit de stator (14) et une portion de circuit de champ (15) disposées sur le 15 dissipateur thermique (13) sur une surface opposée au résolveur (6) ; et une carte de commande (16) maintenue sur un côté du dissipateur thermique (13) opposé au résolveur (6) par un boîtier d'insertion (19) fixé au dissipateur 20 thermique (13) et reliée électriquement à la portion de circuit de stator (14) et à la portion de circuit de champ (15), dans laquelle une borne d'entrée-sortie de résolveur (6c) du résolveur (6) est reliée 25 électriquement à la carte de commande (16) en traversant un trou d'insertion (13b) prévu sur le dissipateur thermique (13).
2. Machine électrique rotative selon la revendication 1, caractérisée en ce que : le stator de résolveur (6b) est fixé au dissipateur thermique (13) par l'intermédiaire d'un 5 organe de rétention de résolveur (6d) constitué d'un isolant et maintenant le stator de résolveur (6b).
3. Machine électrique rotative selon la revendication 2, caractérisée en ce que : 10 le stator de résolveur (6b) est fixé au dissipateur thermique (13) par une vis (23) en utilisant un trou de fixation (6e) prévu sur l'organe de rétention de résolveur (6d). 15
4. Machine électrique rotative selon la revendication 2, caractérisée en ce que : une portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur (6f) dans laquelle est insérée la borne d'entrée-sortie de résolveur (6c) fait partie 20 intégrante de l'organe de rétention de résolveur (6d) et une partie de l'organe de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur (6f) est montée dans le trou d'insertion (13b). 25
5. Machine électrique rotative selon la revendication 4, caractérisée en ce que : un espace entre le trou d'insertion (13b) et la portion de rétention de borne d'entrée-sortie de résolveur (6f) est rendu étanche en utilisant un 30 élément d'étanchéité (21).
6. Machine électrique rotative selon la revendication 5, caractérisée en ce que : une portion de réservoir d'élément d'étanchéité (22) est prévue dans le trou d'insertion (13b) sur un 5 côté de la carte de commande (16).
7. Machine électrique rotative selon la revendication 1, caractérisée en ce que : la carte de commande (16) est insérée dans le 10 boîtier d'insertion (19) fixé au dissipateur thermique (13) en utilisant un élément d'enrobage (20).