FR3075501A1 - Machine electrique tournante munie d'un dispositif de maintien d'un support de capteurs de mesure de la position angulaire du rotor - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante comportant un rotor monté sur un arbre s'étendant suivant un axe correspondant à l'axe de rotation du rotor et au moins un palier (18) comportant un logement recevant un roulement pour le montage à rotation de l'arbre,
- ladite machine électrique tournante comportant en outre un dispositif de mesure de la position angulaire du rotor comprenant:
- une rondelle cible montée autour de l'arbre,
- un support (47) d'au moins un capteur de mesure de champ magnétique, et
- une rondelle de maintien (51) du support (47), ladite rondelle de maintien (51) étant fixée sur le palier (18),
caractérisée en ce que le dispositif de mesure comporte un moyen de déformation axiale (61) de la rondelle de maintien (51) pour compenser des déformations du support de capteurs (47) notamment dues à des variations de température.
Description
MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN DISPOSITIF DE MAINTIEN D'UN SUPPORT DE CAPTEURS DE MESURE DE LA POSITION ANGULAIRE DU ROTOR
La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un dispositif de maintien d'un support de capteurs de mesure de la position angulaire du rotor.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra 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.
Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles saillants, les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.
Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage.
Un dispositif de suivi de la position angulaire du rotor de la machine électrique comporte une cible solidaire de l'arbre de la machine électrique associée à au moins un capteur de mesure de champ magnétique monté sur un support réalisé généralement dans un matériau plastique.
Afin d'assurer le maintien du support de capteurs, il est connu que ce support soit monté serré, au moyen de vis, entre une rondelle métallique et le palier de la machine. II a toutefois été observé que le plastique du support de capteurs a tendance à se déformer avec les variations importantes de températures subies par le palier, de sorte que cela fait perdre le couple de serrage appliqué par la rondelle sur le support. Le support pouvant alors se déplacer par rapport au palier, cela engendre une perte de précision de la mesure de la position angulaire du rotor.
La présente invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une machine électrique tournante comportant un rotor monté sur un arbre s'étendant suivant un axe correspondant à l'axe de rotation du rotor et au moins un palier comportant un logement recevant un roulement pour le montage à rotation de l'arbre,
- ladite machine électrique tournante comportant en outre un dispositif de mesure de la position angulaire du rotor comprenant:
- une rondelle cible montée autour de l'arbre,
- un support d'au moins un capteur de mesure de champ magnétique,
- une rondelle de maintien du support, ladite rondelle de maintien étant fixée sur le palier, caractérisée en ce que le dispositif de mesure comporte un moyen de déformation axiale de la rondelle de maintien pour compenser des déformations du support de capteurs notamment dues à des variations de température.
L'invention permet ainsi, grâce à la présence du moyen de déformation axiale de la rondelle de maintien, de garantir le maintien en position du support de capteurs quelles que soient les variations thermiques subies par le palier de la machine électrique tournante.
Selon une réalisation, le moyen de déformation comporte au moins un plot ménagé sur le support de capteurs, le plot étant agencé pour déformer localement la rondelle de maintien lorsque la rondelle de maintien est fixée sur le palier.
Selon une réalisation, le moyen de déformation comporte une pluralité de plots.
Selon une réalisation, les plots sont disposés circonférentiellement sur le support, de sorte à être situés entre deux organes de fixation adjacents de la rondelle de maintien sur le palier.
Selon une réalisation, la rondelle de maintien comporte une portion bombée destinée à venir déformer axialement la rondelle de maintien, par appui de ladite portion bombée sur le support de capteurs lorsque ladite rondelle de maintien est fixée sur le palier.
Dans certains modes de réalisation, il est envisageable de prévoir une combinaison de plots ménagés dans le support de capteurs et de portions bombées ménagées dans la rondelle de maintien.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante est agencée de sorte que l'on rencontre successivement, suivant la direction de l'axe de rotation du rotor, le roulement porté par le palier, la rondelle cible, puis le support de capteurs.
Selon une réalisation, le palier comporte un logement pour le support de capteurs.
Selon une réalisation, la rondelle de maintien est configurée pour plaquer une collerette annulaire du support contre un épaulement ménagé dans le logement du palier.
Selon une réalisation, le dispositif de mesure de la position angulaire comporte un moyen de blocage en rotation du support par rapport au palier. Le moyen de blocage en rotation peut comporter un creux ménagé dans le palier destiné à recevoir un plot du support ou être constitué par une saillie réalisée dans le palier destinée à s'insérer dans une creusure de forme correspondante ménagée dans le support.
Selon une réalisation, le support de capteurs est réalisé dans un matériau plastique.
Selon une réalisation, la rondelle de maintien est réalisée dans un matériau métallique.
Selon une réalisation, la rondelle cible s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor.
Selon une réalisation, le capteur de mesure de champ magnétique est agencé pour assurer une mesure du champ magnétique généré par la rondelle cible suivant la direction de l'axe de rotation du rotor. Autrement dit, le dispositif de mesure de la position angulaire du rotor est du type à lecture axiale.
Selon une réalisation, le support porte une pluralité de capteurs de mesure de champ magnétique.
Selon une réalisation, le ou les capteurs de mesure de champ magnétique sont des capteurs à effet Hall.
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.
La figure 1 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 2 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention sans le capot de protection;
a figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 4 est une vue en perspective du stator et du rotor de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 5 est une vue en perspective de la partie arrière de la machine électrique illustrant le montage du support de capteurs de mesure de champ magnétique selon l'invention;
La figure 6 est la même vue que celle de la figure 5 mais sans la rondelle de maintien;
La figure 7 est une vue en perspective éclatée de la partie arrière de la machine électrique tournante comportant le dispositif de mesure de la position angulaire du rotor selon la présente invention;
La figure 8 est une vue de côté montrant la déformation axiale de la rondelle de maintien par un plot ménagé dans le support de capteurs selon la présente invention.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
Dans la suite de la description, on entend par un élément avant, un élément situé du côté de l'extrémité de l'arbre dépassant de la machine (cf. figure 3) et par élément arrière un élément situé du côté opposé.
La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator polyphasé 11 entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 s'étendant suivant un axe X correspondant à l'axe de rotation du rotor 12. Le stator 11 entoure le rotor 12 avec présence d’un entrefer entre la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 est monté dans un carter muni d'un palier avant 17 et d'un palier arrière 18. Les paliers avant 17 et arrière 18 comportent chacun un logement de réception 16 d'un roulement afin d'assurer un montage à rotation de l'arbre 13 par rapport au carter 14 de la machine électrique.
Cette machine électrique 10 pourra par exemple être destinée à être accouplée à une boîte de vitesses appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine électrique 10 est apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 10kW et 50kW. Alternativement, la machine électrique 10 pourra être implantée sur un essieu du véhicule automobile, notamment un essieu arrière.
Plus précisément, comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d’un paquet de tôles. Des aimants permanents 20 sont implantés dans des cavités 21 du corps 19. Dans l'exemple représenté, les aimants 20 sont implantés suivant une configuration en V. Alternativement, les aimants 20 sont implantés radialement à l'intérieur des cavités 21, les faces en vis-à-vis de deux aimants 20 adjacents étant de même polarité. Il s'agit alors d'une configuration à concentration de flux.
Les aimants 20 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10.
En outre, le rotor 12 comporte deux flasques 22 fixés chacun contre une face d'extrémité axiale du rotor 12. Ces flasques 22 assurent une retenue axiale des aimants 20 à l'intérieur des cavités 21 et servent également à équilibrer le rotor 12. Un ressort 25 peut être inséré à l'intérieur de chaque cavité afin de maintenir radialement les aimants 20 à l'intérieur des cavités 21.
Par ailleurs, le stator 11 comporte un corps 23 constitué par un paquet de tôles ainsi qu’un bobinage 24, tel que montré sur la figure 4. Le corps 23 est formé par un empilement de feuilles de tôles indépendantes les unes des autres et maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets. Le corps 23 est muni de dents 27 délimitant deux à deux des encoches 28 pour le montage du bobinage 24 du stator 11.
Le bobinage 24 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant les encoches 28 et formant des chignons 29 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator 23. Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles dont les extrémités sont reliées entre elles par exemple par soudage. Alternativement, les enroulements de phase pourront être obtenus à partir d'un ou plusieurs fils continus.
Les enroulements de phase pourront présenter une configuration en étoile de type triphasé ou double triphasée. Ces enroulements sont destinés à être reliés à un module électronique de commande par l'intermédiaire d'un interconnecteur 32. Ce module de commande comporte un pont de puissance intégrant des éléments de puissance, tels que des transistors de type MOSFET, ainsi qu'un circuit électronique de contrôle desdits éléments de puissance.
Comme on peut le voir sur la figure 2, l'interconnecteur 32 comporte des pattes de connexion 33 destinées à assurer une connexion électrique des sorties de neutre entre elles, et une connexion électrique de chaque sortie de phase avec une borne 34 de l'interconnecteur 32 correspondante. Ces bornes 34 sont destinées à être connectées au module électronique de commande précité. Alternativement, l'interconnecteur 32 pourra assurer une connexion en triangle des enroulements de phase.
Par ailleurs, une entrée 37 et une sortie 38 de liquide de refroidissement sont agencées pour permettre la circulation du liquide à l'intérieur d'une chambre 40 s'étendant suivant la périphérie externe du stator 11, tel que montré sur la figure 3. Le liquide pourra par exemple être à base d'eau ou d'huile. La chambre 40 est délimitée par la périphérie externe du palier avant 17 et la périphérie interne du palier arrière 18. Deux joints 41 sont situés aux extrémités axiales de la chambre 40 pour en assurer son étanchéité.
La machine électrique 10 comporte en outre un dispositif de mesure 44 de la position angulaire du rotor 12 du type à lecture axiale. Ce dispositif de mesure 44, visible sur la figure 3, comporte une rondelle cible 45 montée autour de l'arbre 13. La rondelle cible 45 s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation X du rotor 12. La rondelle cible 45 est réalisée dans un matériau magnétique.
En outre, comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, au moins un capteur de mesure de champ magnétique 46 est porté par un support 47 réalisé dans un matériau plastique, notamment en PA6-6. Ce capteur 46 est agencé pour assurer une mesure du champ magnétique généré par la rondelle cible 45 suivant la direction de l'axe de rotation X du rotor 12. Autrement dit, le dispositif de mesure 44 de la position angulaire du rotor 12 est du type à lecture axiale. En l'occurrence, on utilise trois capteurs 46 décalés angulairement entre eux de façon régulière. Les capteurs 46 sont avantageusement des capteurs de type à effet Hall.
Ainsi, en fonctionnement, la rotation du rotor 12 fait varier le champ magnétique reçu par les différents capteurs 46. Ces capteurs 46 transmettent à une unité de contrôle des signaux électriques qui sont fonction des niveaux de champ magnétique reçus. L'unité de contrôle traite ces signaux pour en déduire la position du rotor 12 ainsi que sa vitesse correspondant à la dérivée de la position en fonction du temps.
Comme cela est visible sur la figure 3, la configuration de la machine électrique 10 est telle que l'on rencontre successivement, suivant la direction de l'axe de rotation X du rotor 12, le roulement porté par le palier arrière 18, la rondelle cible 45, puis le support de capteurs 47.
Comme on peut le voir sur les figures 6 et 7, le support de capteurs 47 est situé à l'intérieur d'un logement 50 du palier arrière 18. Une rondelle de maintien 51 réalisée dans un matériau métallique, avantageusement en acier, assure le maintien du support de capteurs 47 contre le palier 18.
A cet effet, la rondelle de maintien 51 est fixée sur le palier 18 au moyen d'organes de fixation 53, tel que des vis, insérées dans des ouvertures 54 ménagées dans des oreilles de la rondelle 51 et des trous taraudés 55 correspondants ménagés dans des colonnettes 56 du palier arrière 18. Ces colonnettes 56 sont issues d'une périphérie externe d'une paroi annulaire délimitant le logement 50.
Le support de capteurs 47 est ainsi monté serré entre la rondelle 51 et le palier 18. En l'occurrence, la rondelle de maintien 51 est configurée pour plaquer une collerette annulaire 58 du support 47 contre un épaulement 59 ménagé dans le logement 50 du palier 18.
Avantageusement, tel que cela est montré sur les figures 7 et 8, un moyen de déformation axiale 61 de la rondelle de maintien 51 permet de compenser des déformations du support 47 notamment dues à des variations de température. De préférence, le moyen de déformation 61 comporte au moins un plot 62 ménagé sur le support 47, le plot 62 étant agencé pour déformer localement la rondelle 51 lorsque la rondelle 51 est fixée sur le palier 18, comme cela est illustré par la figure 8. De préférence, une pluralité de plots 62 sont disposés circonférentiellement sur le support 47, de sorte à être situés entre deux organes de fixation 53 adjacents de la rondelle 51 sur le palier arrière 18.
Alternativement, comme cela est illustré sur la figure 7, le moyen de déformation 61 est constitué par au moins une portion bombée 64 ménagée dans la rondelle 51 et destinée à venir déformer axialement ladite rondelle 51 par appui de ladite portion bombée 64 sur le support 47 lorsque ladite rondelle de maintien 51 est fixée sur le palier 18.
Bien entendu, dans certains modes de réalisation, il est possible de prévoir une combinaison de plots 62 ménagés dans le support 47 et de portions bombées 64 ménagées dans la rondelle de maintien 51.
Afin de prévenir tout déplacement du support 47, il est également possible de prévoir un moyen de blocage 65 pour bloquer en rotation du support 47 par rapport au palier 18, tel que montré sur la figure 8. Le moyen de blocage 65 peut comporter un creux ménagé dans le palier 18 destiné à recevoir un plot 62 du support 47 ou être constitué par une saillie réalisée dans le palier 18 destinée à s'insérer dans une creusure de forme correspondante ménagée dans le support 47.
L'interconnecteur 32 et la partie arrière de la machine 10 portant le dispositif de mesure 44 sont logés à l'intérieur d'un capot de protection 68 visible sur la figure 1. A cet effet, des organes de fixation 69, tels que des vis, traversent des oreilles saillantes 70 trouées ménagées en périphérie externe du capot de protection 68 et situées en regard d'oreilles saillantes 71 trouées de forme correspondante ménagées dans le palier arrière 18.
Les signaux issus des capteurs 46 du dispositif de mesure 44 sont acheminés vers un connecteur 73 fixé, au moyen de vis 74, sur la face arrière du capot de protection 68 à proximité des bornes de contact de phase 34.
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 5 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10) comportant un rotor (12) monté sur un arbre (13) s'étendant suivant un axe (X) correspondant à l'axe de rotation du rotor (12) et au moins un palier (18) comportant un logement (16) recevant un roulement (15) pour le montage à rotation de l'arbre (13),- ladite machine électrique tournante (10) comportant en outre un dispositif de mesure (44) de la position angulaire du rotor (12) comprenant:- une rondelle cible (45) montée autour de l'arbre (13),- un support (47) d'au moins un capteur (46) de mesure de champ magnétique,- une rondelle de maintien (51) du support (47), ladite rondelle de maintien (51) étant fixée sur le palier (18), caractérisée en ce que le dispositif de mesure (44) comporte un moyen de déformation axiale (61) de la rondelle de maintien (51) pour compenser des déformations du support de capteurs (47) notamment dues à des variations de température.
- 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de déformation comporte au moins un plot (62) ménagé sur le support (47) de capteurs, le plot (62) étant agencé pour déformer localement la rondelle de maintien (51) lorsque la rondelle de maintien (51) est fixée sur le palier (18).
- 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen de déformation comporte une pluralité de plots (62).
- 4. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que les plots (62) sont disposés circonférentiellement sur le support (47), de sorte à être situés entre deux organes de fixation adjacents de la rondelle de maintien (51) sur le palier (18).
- 5. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la rondelle de maintien (51) comporte une portion bombée (64) destinée à venir déformer axialement la rondelle de maintien (51), par appui de ladite portion bombée (64) sur le support de capteurs (47) lorsque ladite rondelle de maintien (51) est fixée sur le palier (18).
- 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est agencée de sorte que l'on rencontre successivement, suivant la direction de l'axe (X) de rotation du rotor (12), le roulement (15) porté par le palier (18), la rondelle cible (45), puis le support de capteurs (47).
- 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le palier (18) comporte un logement (50) pour le support de capteurs (47).
- 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la rondelle de maintien (51) est configurée pour plaquer une collerette annulaire du support (47) contre un épaulement (59) ménagé dans le logement du palier (18).
- 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le dispositif de mesure (44) de la position angulaire comporte un moyen de blocage en rotation du support (47) par rapport au palier (18).
- 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le support de capteurs (47) est réalisé dans un matériau plastique.
- 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la rondelle de maintien (51) est réalisée dans un matériau métallique.
- 12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la rondelle cible (45) s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor (12).
- 13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le capteur de mesure de champ magnétique (46) est agencé pour assurer une mesure du champ magnétique généré par la rondelle cible (45) suivant la direction de l'axe (X) de rotation du rotor (12).
- 14. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le support (47) porte une pluralité de capteurs (46) de mesure de champ magnétique.5
- 15. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le ou les capteurs (46) de mesure de champ magnétique sont des capteurs à effet Hall.
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| WO2015098056A1 (fr) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | デンソートリム株式会社 | Machine dynamo-électrique pour un moteur à combustion interne |
| FR3051999A1 (fr) * | 2016-05-31 | 2017-12-01 | Valeo Equip Electr Moteur | Machine electrique tournante munie d'une plaque de maintien d'un capteur de position angulaire du rotor |
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2017
- 2017-12-14 FR FR1762125A patent/FR3075501B1/fr active Active
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|---|---|---|---|---|
| CN110932514A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-03-27 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种无刷电机及电机转子位置的检测方法 |
| CN110932514B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-06-04 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种无刷电机及电机转子位置的检测方法 |
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