EP2076958A2 - Dispositif de motorisation à module de commande intégrée - Google Patents

Dispositif de motorisation à module de commande intégrée

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Publication number
EP2076958A2
EP2076958A2 EP07858419A EP07858419A EP2076958A2 EP 2076958 A2 EP2076958 A2 EP 2076958A2 EP 07858419 A EP07858419 A EP 07858419A EP 07858419 A EP07858419 A EP 07858419A EP 2076958 A2 EP2076958 A2 EP 2076958A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
housing
bearing
control module
end portion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07858419A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pascal Lafon
Laurent Fornet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Publication of EP2076958A2 publication Critical patent/EP2076958A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/02—Casings or enclosures characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/223—Heat bridges

Definitions

  • the present invention relates to an electric motorization device that can be used in particular for moving actuators.
  • Such a motorization device generally comprises an electric motor comprising a housing in which is fixed a stator surrounding a rotor fixed to an output shaft pivotally mounted in the housing by means of two ball bearings arranged on either side of the rotor.
  • the output shaft has an end portion projecting from the housing to cooperate with a driven element of the actuator and a control module is generally mounted outside the housing facing the end portion projecting from the housing. detecting an angular position of the output shaft and controlling the motor according to this detected position.
  • the portion of the shaft extending beyond the bearing, on the side of the projecting end is relatively large so that it must have a relatively high flexural strength when subjected to transverse forces as this is particularly the case if the end portion of the shaft is associated with a pinion meshing with a toothed wheel of the actuator. It has been envisaged to ensure the rotational guidance of the projecting end portion of the shaft via a third bearing.
  • Such an assembly raises problems of realization in particular in the precision of machining. This assembly is also hyperstatic and leads to a decrease in engine efficiency and an increase in bearing wear.
  • An object of the invention is to provide a motorization device having a compact structure and resistant to mechanical stresses.
  • a motorization device comprising a housing in which is fixed a stator surrounding a rotor fixed to a shaft and having a first end portion and a second end portion which are connected. to the housing respectively by and only by a first bearing and a second bearing, the second end portion extending beyond the second bearing projecting from the housing, and the motorizing device comprising an electronic control module mounted in the housing opposite a portion of the shaft extending between the rotor and the second bearing.
  • the two bearings are spaced apart to the maximum, ensuring optimal guidance of the rotating shaft, and the second bearing is at the closest to the end portion intended to cooperate with one actuator, so that this portion of end does not have a cantilever may limit its resistance to stress.
  • the second end portion protrudes from an outer surface of a wall against which the electronic control module is mounted and this wall is made of thermally conductive material.
  • the actuator can constitute a mass used to dissipate the heat resulting from the operation of the control module.
  • the motorization device of the invention is intended to drive in rotation a driven element of any actuator.
  • the drive device generally designated 1
  • a housing 2 here made in two parts 2.1 and 2.2, a stator 3 fixed in the housing part 2.1 and surrounding a rotor 4 fixed to a shaft 5 .
  • the housing parts 2.1 and 2.2 are assembled to one another by means known per se, preferably providing a removable assembly such as screws or bolts.
  • the housing portion 2.2 has a wall 10 having an outer bearing surface 11 on an actuator 100, here shown schematically in phantom, and is provided with means not shown for attachment to the body of one actuator. This attachment is for example provided by screwing or bolting.
  • the stator 3 and the rotor 4 are known per se, as is their mode of attachment in the housing 2.
  • the stator 3 is supplied with alternating current and the stator-rotor assembly functions in the same way as an engine. brushless type ("brushless").
  • the shaft 5 comprises a first end portion 5.1 connected to the housing portion 2.1 by a bearing 6 and a second end portion 5.2 connected to the housing portion 2.2 by a bearing 7.
  • the bearings 6 and 7 are here ball bearings but may be roller bearings, needle bearings, or plain bearings.
  • the second end portion 5.2 of the shaft 5 protrudes from the surface 11 to the outside of the housing 2 and is equipped with means for transmitting a copy to a driven element of the actuator 100.
  • These means may comprise a toothing, splines, lugs, a pinion gear, a pulley connected to the element driven by a belt, etc.
  • the drive device 1 also comprises a control module, symbolized at 8, mounted in the housing 2 opposite a portion 5.3 of the shaft 5 extending between the rotor 4 and the bearing 7.
  • the module control 8 is fixed against the wall 10.
  • the control module 8 is arranged to drive the supply of the stator windings 3 so as to drive the rotor 4 in rotation.
  • the control module 8 here comprises a connection member 9 to an electrical power supply source and a plurality of printed circuit boards 12, 13, 14 which are superimposed and which extend perpendicularly to the shaft 5. 12, 13, 14 have a through hole for the shaft 5.
  • These cards 12, 13, 14 carry control components 15 and power components 16.
  • the power components 16 extend here in space defined between the cards 12 and 13 (the power components can be arranged equally or alternately between the cards 13 and 14).
  • the card 12 closest to the motor is provided with 17 magnetic field sensors.
  • a disc 18 provided with magnetized portions 19 is fixed to the shaft 5 to pivot facing the sensors 17 by forming therewith a detecting member of the angular position of
  • the drive device 1 is intended to be fixed on the actuator 100 via the housing portion 2.2 fixed so that the bearing surface 11 is applied against the body of the actuator
  • the housing 2, and more particularly the housing portion 2.2, the wall 10 and the body of the actuator are made of thermally conductive materials to allow evacuation of the heat generated during operation of the control module 8.
  • This material is for example a metal such as aluminum.
  • the structure of the motorization device may have differences with respect to that described: the housing may for example be made in part or in more than two parts, the rotor-stator assembly may be arranged to function as a brush motor, the control module may not include a position detector, the connector of the control module to the source of electrical energy may be replaced by cables ...
  • the housing may for example be made in part or in more than two parts
  • the rotor-stator assembly may be arranged to function as a brush motor
  • the control module may not include a position detector
  • the connector of the control module to the source of electrical energy may be replaced by cables ...
  • step we mean in the description any guide member in rotation and in particular smooth bearings or bearings with rolling elements such as ball bearings, needle bearings or roller bearings.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Dispositif de motorisation (1) comprenant un boîtier (2) dans lequel est fixé un stator (3) entourant un rotor (4) fixé à un arbre (5) et ayant une première portion d'extrémité (5.1) et une deuxième portion d'extrémité (5.2) qui sont reliées au boîtier respectivement par un premier palier (6) et un deuxième palier (7), la deuxième portion d'extrémité (5.2) s' étendant 'au-delà' du deuxième palier (7) en saillie du boîtier (2), et le dispositif de motorisation (1) comporte un module électronique de commande (8) monté dans le boîtier (2) en regard d'une portion (5.3) de l'arbre (5) s'étendant entre le rotor (4) et le deuxième palier (7).

Description

Dispositif de motorisation à module de commande intégrée
La présente invention concerne un dispositif de motorisation électrique utilisable notamment pour la mise en mouvement d ' actionneurs .
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Un tel dispositif de motorisation comprend généralement un moteur électrique comportant un boîtier dans lequel est fixé un stator entourant un rotor fixé à un arbre de sortie monté à pivotement dans le boîtier par 1 ' intermédiaire de deux roulements à billes disposés de part et d'autre du rotor. L'arbre de sortie possède une portion d'extrémité en saillie du boîtier pour coopérer avec un élément mené de l'actionneur et un module de commande est généralement monté à l'extérieur du boîtier en regard de la portion d'extrémité en saillie pour détecter une position angulaire de l'arbre de sortie et commander le moteur en fonction de cette position détecté. La portion de l'arbre s ' étendant au-delà du roulement, du côté de l'extrémité en saillie est relativement importante de sorte qu'elle doit présenter une résistance à la flexion relativement importante lorsqu'elle est soumise à des efforts transversaux comme c'est le cas notamment si la portion d'extrémité de l'arbre est associée à un pignon engrenant sur une roue dentée de l'actionneur. Il a été envisagé d'assurer le guidage en rotation de la portion d'extrémité en saillie de l'arbre par l'intermédiaire d'un troisième roulement. Toutefois, un tel montage pose des problèmes de réalisation notamment dans la précision des usinages. Ce montage est également hyperstatique et entraîne une diminution du rendement du moteur et une augmentation de l'usure des roulements.
Un tel dispositif de motorisation est en outre encombrant . OBJET DE L'INVENTION
Un but de 1 ' invention est de fournir un dispositif de motorisation ayant une structure compacte et résistante aux sollicitations mécaniques. RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif de motorisation comprenant un boîtier dans lequel est fixé un stator entourant un rotor fixé à un arbre et ayant une première portion d'extrémité et une deuxième portion d'extrémité qui sont reliées au boîtier respectivement par, et seulement par, un premier palier et un deuxième palier, la deuxième portion d'extrémité s 'étendant au-delà du deuxième palier en saillie du boîtier, et le dispositif de motorisation comportant un mo- dule électronique de commande monté dans le boîtier en regard d'une portion de l'arbre s ' étendant entre le rotor et le deuxième palier.
Ainsi, les deux paliers sont écartés au maximum, assurant un guidage optimal de l'arbre en rotation, et le deuxième palier est au plus proche de la portion d'extrémité destinée à coopérer avec 1 'actionneur, de sorte que cette portion d'extrémité ne présente pas un porte-à-faux susceptible de limiter sa résistance aux sollicitations.
De préférence, la deuxième portion d'extrémité s'étend en saillie d'une surface externe d'une paroi contre laquelle est monté le module électronique de commande et cette paroi est en matériau thermiquement conducteur.
Du fait du positionnement du module électronique de commande, l' actionneur peut constituer une masse utilisée pour dissiper la chaleur résultant du fonctionnement du module de commande.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
II sera fait référence à la figure unique annexée représentant schématiquement en coupe longitudinale un dispositif de motorisation conforme à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le dispositif de motorisation de l'invention est destiné à entraîner en rotation un élément mené d'un ac- tionneur quel qu'il soit.
En référence à la figure, le dispositif de motorisation, généralement désigné en 1, comprend un boîtier 2, ici réalisé en deux parties 2.1 et 2.2, un stator 3 fixé dans la partie de boîtier 2.1 et entourant un rotor 4 fixé à un arbre 5.
Les parties de boîtier 2.1 et 2.2 sont assemblées l'une à l'autre par des moyens connus en eux-mêmes, assurant de préférence un assemblage démontable comme par exemple des vis ou des boulons. La partie de boîtier 2.2 possède une paroi 10 ayant une surface externe d'appui 11 sur un actionneur 100, ici schématisé en trait mixte, et est pourvue de moyens non représentés pour sa fixation sur le corps de 1 ' actionneur . Cette fixation est par exemple assurée par vissage ou boulonnage. Le stator 3 et le rotor 4 sont connus en eux- mêmes, de même que leur mode de fixation dans le boîtier 2. Le stator 3 est alimenté en courant alternatif et l'ensemble stator-rotor fonctionne de la même manière qu'un moteur de type sans balais ("brushless") . L'arbre 5 comprend une première portion d'extrémité 5.1 reliée à la partie de boîtier 2.1 par un palier 6 et une deuxième portion d'extrémité 5.2 reliée à la partie de boîtier 2.2 par un palier 7. Les paliers 6 et 7 sont ici des roulements à billes mais peuvent être des roulements à rouleaux, des roulements à aiguilles, ou des paliers lisses.
La deuxième portion d'extrémité 5.2 de l'arbre 5 s'étend en saillie de la surface 11 à l'extérieur du boîtier 2 et est équipée de moyens de transmission d'un cou- pie à un élément mené de l'actionneur 100. Ces moyens peuvent comprendre une denture, des cannelures, des ergots, un pignon denté, une poulie reliée à l'élément mené par une courroie...
Le dispositif de motorisation 1 comprend égale- ment un module de commande, symbolisé en 8, monté dans le boîtier 2 en regard d'une portion 5.3 de l'arbre 5 s 'étendant entre le rotor 4 et le palier 7. Le module de commande 8 est fixé contre la paroi 10. Le module de commande 8 est agencé pour piloter l'alimentation des bobi- nés du stator 3 de manière à entraîner le rotor 4 en rotation. Le module de commande 8 comprend ici un organe de raccordement 9 a une source d'alimentation en énergie électrique et plusieurs cartes 12, 13, 14 à circuit imprimé qui sont superposées et qui s ' étendent perpendicu- lairement à l'arbre 5. Les cartes 12, 13, 14 comportent un orifice de passage pour l'arbre 5. Ces cartes 12, 13, 14 portent des composants de commande 15 et des composants de puissance 16. Les composants de puissance 16 s'étendent ici dans l'espace défini entre les cartes 12 et 13 (les composants de puissance peuvent être disposés également ou alternativement entre les cartes 13 et 14) . La carte 12 la plus proche du moteur est pourvue de capteurs 17 de champ magnétique. Un disque 18 pourvu de portions aimantées 19 est fixé à l'arbre 5 pour pivoter en regard des capteurs 17 en formant avec ceux-ci un organe de détection de la position angulaire de l'arbre 5.
Le dispositif de motorisation 1 est destiné à être fixé sur l'actionneur 100 par l'intermédiaire de la partie de boîtier 2.2 fixée de manière que la surface d'appui 11 soit appliquée contre le corps de l'actionneur 100. De préférence, le boîtier 2, et plus particulièrement la partie de boîtier 2.2, la paroi 10 et le corps de 1 ' actionneur sont en matériaux thermiquement conducteurs afin de permettre une évacuation de la chaleur produite lors de fonctionnement du module de commande 8. Ce matériau est par exemple un métal comme l'aluminium.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de 1 ' inven- tion tel que défini par les revendications.
En particulier, la structure du dispositif de motorisation peut présenter des différences par rapport à celle décrite : le boîtier peut par exemple être réalisé en une partie ou en plus de deux parties, l'ensemble ro- tor-stator peut être agencé pour fonctionner comme un moteur à balais, le module de commande peut ne pas comporter de détecteur de position, le connecteur du module de commande à la source d'énergie électrique peut être remplacé par des câbles... En outre, par palier, on entend dans la description tout organe de guidage en rotation et notamment des paliers lisses ou des paliers à éléments de roulement comme les roulements à billes, à aiguilles ou à rouleaux.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de motorisation (1), caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (2) dans lequel est fixé un stator (3) entourant un rotor (4) fixé à un arbre (5) et ayant une première portion d'extrémité (5.1) et une deuxième portion d'extrémité (5.2) qui sont reliées au boîtier respectivement par un premier palier (6) et un deuxième palier (7), la deuxième portion d'extrémité s 'étendant au-delà du deuxième palier en saillie du boîtier, et en ce que le dispositif de motorisation comporte un module électronique de commande (8) monté dans le boîtier en regard d'une portion (5.3) de l'arbre s 'étendant entre le rotor et le deuxième palier. 2. Dispositif de motorisation selon la revendication 1, dans lequel la deuxième portion d'extrémité (5.
2) s'étend en saillie d'une sur.face externe (11) d'une paroi (10) contre laquelle est monté le module électronique de commande (8) et cette paroi est en matériau thermiquement conducteur.
3. Dispositif de motorisation selon la revendication 1, dans lequel le module électronique de commande (8) comporte plusieurs cartes (12, 13, 14) à circuit imprimé qui s'étendent en superposition perpendiculairement à l'arbre (5) et qui sont pourvues d'un orifice de passage de 1 ' arbre (5) .
4. Dispositif de motorisation selon la revendication 3, dans lequel les cartes (12, 13, 14) portent des composants de puissance (16) s ' étendant dans l'espace dé- fini entre deux cartes.
5. Dispositif de motorisation selon la revendication 3, comportant des capteurs (17) de champ magnétique montés sur la carte (12) la plus proche du stator et un disque (18) pourvu de portions aimantées et fixé à 1 ' ar- bre (5) pour pivoter en regard des capteurs pour former avec ceux-ci un organe de détection d'une position angulaire de l'arbre (5).
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