BRPI0314978B1 - Electric rotating machine - Google Patents

Description

“MÁQUINA ELÉTRICA GIRATÓRIA” Campo da invenção [0001] A invenção se refere a um dispositivo de resfriamento da eletrônica de potência integrada na parte de trás de uma máquina elétrica reversível tal como um alternador ou de um alternador-motor de arranque de um veículo automóvel. A invenção encontra aplicações no domínio da indústria automobilística e, em especial, no domínio dos alternadores e dos alternadores-motores de arranque para veículos automóveis.

Estado da técnica [0002] Em um veículo automóvel, o alternador permite transformar um movimento de rotação do rotor indutor, acionado pelo motor térmico do veículo, em uma corrente elétrica induzida na bobinagem de induzido do estator polifásico. Em geral, esse estator compreende três enrolamentos de fase, de modo que o alternador é do tipo trifásico. As três fases do induzido são ligadas a uma ponte retificadora. Essa ponte retificadora compreende três ramos que compreendem cada um deles pelo menos dois diodos ligados a cada fase. Ora, esses diodos geram calor. Classicamente, a ponte retificadora pode dissipar uma energia da ordem de 150 watts. Ela deve, portanto ser resfriada para evitar qualquer superaquecimento dos diodos.

[0003] Na figura 1, foi representado um exemplo da parte de trás de um alternador clássico. Esse alternador compreende um rotor 1 fixado em um eixo de rotação 2, cujo eixo de rotação é referenciado A e constitui o eixo da máquina tal como visível também no documento DE A 197 05 228. Esse rotor 1 é circundado por um estator 3 que compreende um circuito magnético 8 e uma bobinagem de induzido 7. O estator 3, via seu circuito 8 e sua bobinagem 7 gera uma corrente alternativa. A bobinagem de induzido compreende enrolamentos de fase conectados em estrela e/ou em triângulo. Cada um desses enrolamentos compreende uma saída conectada na direção da ponte retificadora. A corrente gerada no estator 3 é retificada com o auxílio da ponte retificadora que compreende diodos 9. Esse estator 3 é sustentado por um mancai traseiro 4 e por um mancai dianteiro (não representado). O eixo de rotação 2 é mantido pelos dois mancais com o auxílio de rolamentos 6. Como descrito no documento DE A 0 197 05 228, o circuito magnético 8 compreende um corpo de estator sob a forma de uma pilha de chapas, que de maneira conhecida compreende entalhes, vantajosamente do tipo semi-fechado, para montagem dos enrolamentos das fases que atravessam o corpo do estator e que se estendem de um lado e de outro do corpo para formar novelos. Nesse documento é visto o mancai dianteiro do alternador, assim como a polia desse último, destinada a ser acionada em rotação pelo motor térmico do veículo via uma transmissão que compreende pelo menos uma correia, e os ventiladores internos levados pelo rotor e implantados radialmente embaixo dos novelos, para ventilação interna do alternador. Para fazer isso os mancais, de forma vazada, apresentam orifícios de entrada e de saída de maneira descrita abaixo. O ventilador traseiro, que leva a referência 5 na figura 1 é vantajosamente mais potente do que o ventilador dianteiro.

[0004] Nesse alternador, uma parte dos elementos dissipadores, a saber os diodos positivos 9 da ponte retificadora, são montados em uma ponte dissipadora de energia calorífica 10. essa ponte dissipadora de calor compreende aberturas 10a -10d, também chamadas de orifícios, nas quais circula ar de resfriamento.

[0005] Os diodos 9 são ligados eletricamente a um conector 14 que compreende também passagens de ar 14a - 14f.

[0006] Além disso, a ponte dissipadora 10 compreende, em sua face superior, aletas 13 que favorecem o resfriamento da ponte dissipadora 10.

[0007] Mais precisamente, o alternador da figura 1 compreende, em sua parte traseira, um capô 11 que vem circundar e proteger uma eletrônica de potência do alternador que corresponde notadamente à ponte retificadora. Para permitir a passagem do ar no interior do capô 11, esse último é munido de aberturas 12a -12d, também chamadas de orifícios. Essas aberturas são colocadas principalmente na parte superior do capô 11. Além disso, o ventilador traseiro 5 fixado no eixo de rotação 2 ou no rotor 1 permite aspirar o ar no interior do alternador. Esse ventilador pode ser por exemplo de tipo centrífugo ou hélico-centrífugo. Desse modo, o ar, aspirado pelo ventilador 5, entra na parte de trás do alternador pelos orifícios 12a -12d e, canalizado pelas aletas 13, vem lamber o dissipador 10 e os diodos 9 e, em conseqüência disso, os resfria. O ar sai radialmente por orifícios 4a - 4d realizados no mancai traseiro 4 do estator 3.

[0008] O ar é portanto aspirado principalmente no eixo do alternador ao nível do capô de proteção 11, e depois ele é expulso lateralmente pelos orifícios do mancai traseiro 4 resfriando a ponte retificadora, mas também as outras partes quentes do alternador tais como os novelos da bobinagem de induzido 7.

[0009] Para maiores precisões, o caminho percorrido pelo fluxo de ar de resfriamento está representado, na figura 1, por traços e flechas em pontilhados. Também se recorrerá ao documento DE A 197 05 228 que descreve um exemplo de realização de ponte retificadora assim como um exemplo de realização do rotor sob a forma de um rotor de garras. O documento DE A 101 11 295 descreve um outro tipo de ponte retificadora. Nesses dois documentos os diodos negativos são levados pelo mancai traseiro sendo para isso montados em uma placa fixada no mancai traseiro ou enfiados nesse último, enquanto que os diodos positivos são montados em uma placa, à distância dos diodos negativos. No documento DE A 100 11 295 essa placa é dotada de aberturas. Essa placa corresponde ao dissipador 10 na figura 1, os diodos 9 sendo de maneira precitada os diodos positivos.

[0010] Atualmente, existem também alternadores reversíveis, que podem constituir um motor elétrico que permite acionar em rotação, via o eixo do rotor solidário da polia do alternador, o motor térmico do veículo. Um tal alternador reversível é chamado de alterno-motor de arranque, ou ainda alternador-motor de arranque, e permite transformar a energia mecânica em uma energia elétrica, e vice-versa. Assim, um alternador-motor de arranque pode dar a partida ao motor do veículo automóvel, constituir um motor auxiliar que permite ajudar o motor térmico do veiculo para acionar esse veículo automóvel.

[0011] Nesse caso, a ponte retificadora situada na saída do induzido do alternador-motor de arranque, quer dizer ligada a cada fase do induzido, serve também como ponte de comando das fases do alternador-motor de arranque. Essa ponte retificadora possui três ramos que compreendem nesse caso cada um deles pelo menos dois transistores de potência de tipo MOS. Os transistores dessa ponte retificadora são comandados cada um deles por uma unidade de comando. Essa unidade de comando pode ser realizada de diferentes maneiras. Na maior parte das vezes, essa unidade de comando possui um driver associado a um comparador e a outros componentes eletrônicos. Uma ponte retificadora assim realizada a partir de transistores de potência e de unidades de comando dissipa uma energia menor do que a energia dissipada por uma ponte de diodos. De fato, quando a ponte retificadora funciona em modo retificador, e não em modo de comando, então os transistores de potência são comandados de maneira sincrônica. Para maiores precisões, se recorrerá, por exemplo, ao documento EP A 1,134,886. No entanto, a energia dissipada é quando mesmo da ordem de 50 watts e a ponte retificadora deve, portanto também ser resfriada.

[0012] Ora, as unidades de comando tais como elas acabam de ser descritas têm um volume relativamente grande, de modo que a montagem dessas unidades de comando e dos transistores de potência em uma ponte dissipadora não deixa mais espaço, na ponte dissipadora, para orifícios. Não é portanto possível resfriar a ponte de transistores de potência por uma circulação de ar como aquela mostrada na figura 1.

[0013] Dito de outro modo, a disposição explicada precedentemente necessita que sejam realizadas passagens de ar axiais através da ponte dissipadora e do conector, o que reduz o espaço disponível para colocar componentes eletrônicos. De fato, esse espaço disponível é suficiente para colocar uma ponte retificadora de diodos, mas insuficiente para uma eletrônica de potência maior. Em especial, no caso de um alternador-motor de arranque, a eletrônica de potência é tal que cada diodo da ponte retificadora é substituído por pelo menos um transistor e uma unidade de comando.

[0014] Para resolver esse problema de espaço, o pedido de patente EP-A-1 032 propõe um dispositivo de resfriamento da eletrônica de potência de um alternador-motor de arranque, no qual os elementos dissipadores são constituídos por uma base aplicada sobre o mancai traseiro do alternador-motor de arranque, esse mancai traseiro compreendendo canais para a passagem do ar de resfriamento. Dito de outro modo, nesse dispositivo, a ponte dissipadora é aplicada contra o mancai traseiro, que possui, em sua face traseira externa, aletas de resfriamento. O ar chega portanto lateralmente ou radialmente e resfria por convecção por um lado, o mancai traseiro que leva as aletas, e por outro lado, a ponte dissipadora na qual está montada a eletrônica de potência. Além disso, a ponte dissipadora também resfriada por condução pelas aletas do mancai traseiro com as quais ela está em contato mecânico.

[0015] No entanto, em um tal dispositivo, é necessário que a ponte dissipadora, ou base, seja bem aplicada contra o mancai para que o resfriamento da eletrônica de potência possa ser feito. De fato, se um entreferro qualquer existe entre a base e a superfície do mancai, então a condução térmica não se faz ou se faz mal entre a base e o mancai e, em consequência disso, o resfriamento da eletrônica de potência só é parcial.

[0016] Além disso, se o mancai traseiro está muito quente, também será difícil resfriar por convecção a ponte dissipadora.

Exposição da invenção [0017] Um objetivo da invenção é corrigir os inconvenientes das técnicas expostas precedentemente e propor um dispositivo de resfriamento melhorado e mais confiável da eletrônica de potência de um alternador-motor de arranque de veículo automóvel, no qual o fluido de resfriamento é introduzido lateralmente na parte de trás da máquina e circula em uma passagem de escoamento do fluido formada entre a ponte dissipadora e o mancai traseiro do alternador.

[0018] Com essa finalidade, a invenção propõe uma máquina elétrica giratória, notadamente um alternador ou um alternador-motor de arranque, para veículo automóvel, que possui: - um mancai traseiro, - um rotor centrado e fixado em um eixo de rotação sustentado por pelo menos o mancai traseiro, - o mancai traseiro possuindo orifícios radiais de saída de fluido de resfriamento, - um estator que circunda o rotor, - o estator possuindo uma bobinagem de induzido que compreende enrolamentos que constituem fases da máquina elétrica, - um circuito eletrônico de potência conectado aos enrolamentos das fases do estator, - uma ponte dissipadora de calor que compreende por um lado uma primeira face sobre a qual é montado o circuito eletrônico de potência, e por outro lado, uma segunda face, oposta à dita primeira face e orientada na direção do mancai traseiro, - a dita segunda face formando uma parede longitudinal de uma passagem de escoamento de fluido de resfriamento, uma outra parede longitudinal dessa passagem sendo formada pelo mancai traseiro que sustenta o estator na qual a segunda face da ponte dissipadora de calor possui meios de resfriamento dispostos na passagem de escoamento do fluido.

[0019] Em uma forma de realização os meios de resfriamento possuem aletas.

[0020] Em uma outra forma de realização os meios de resfriamento possuem colunas por exemplo de seção circular ou em forma de losango.

[0021] Graças a essa disposição é possível facilmente usinar as extremidades livres das colunas de modo que essas colunas, em um modo de realização entrem em contato com o mancai traseiro. Essas colunas enrijecem a ponte dissipadora de calor.

[0022] Em variante, a segunda face da ponte dissipadora é perfilada por exemplo por meio de uma porção recurvada, para desviar o fluido e/ou para criar um efeito venturi.

[0023] Todas as combinações são possíveis.

[0024] Por exemplo as colunas podem ser combinadas com as aletas, os meios de resfriamento possuindo em parte colunas e aletas.

[0025] Assim, os meios de resfriamento sendo mecanicamente solidários da ponte que leva a eletrônica de potência, e não solidários do mancai traseiro, o resfriamento da eletrônica de potência é garantido qualquer que seja o calor produzido pelo mancai traseiro. De fato, o dispositivo de acordo com a invenção permite realizar uma separação térmica entre o mancai traseiro e a ponte dissipadora de modo que o calor não pode se propagar por condução. Do mesmo modo,de acordo com a invenção, o resfriamento por convecção da segunda face da ponte dissipadora permite resfriar uma eletrônica de potência que possui numerosos componentes eletrônicos.

[0026] A invenção é vantajosamente completada pelas diferentes características seguintes, tomadas sozinhas ou de acordo com todas suas combinações possíveis: - os meios de resfriamento, tais como as aletas e/ou as colunas, são dispostos radialmente na direção do fluxo do fluido de resfriamento de maneira a reduzir as perdas de carga; - os meios de resfriamento, tais como as aletas e/ou as colunas, formam canais de resfriamento radialmente orientados de maneira a bem resfriar a ponte dissipadora em toda sua extensão radial; - o mancai traseiro leva defletores colocados na saída dos orifícios radiais do mancai a fim de que o fluido de resfriamento que sai pelos orifícios radiais ou laterais do mancai traseiro não seja retomado pelo fluxo que entra radialmente do fluido de resfriamento. Evita-se assim uma realimentação em laço do fluxo do fluido de resfriamento; - um capô de proteção recobre a eletrônica de potência e a ponte dissipadora e possui pelo menos uma extremidade levantada para formar um defletor; - o capô de proteção possui pelo menos uma abertura para a passagem do fluido; - pelo menos um espaço entre o eixo de rotação e a ponte dissipadora forma uma passagem axial de escoamento do fluido; - a ponte dissipadora forma uma parte elevada acima do mancai traseiro do estator; - a ponte dissipadora é fixada no mancai do estator por tirantes de união; - a ponte dissipadora é fixada acima do mancai traseiro por intermédio de pinos solidários do mancai traseiro ou da ponte dissipadora; - uma camada de material eletricamente isolante é colocada entre a ponte dissipadora e o mancai traseiro; - as extremidades axiais das aletas e/ou das colunas solidárias da ponte dissipadora estão situadas à distância do mancai traseiro; - o dissipador, que compreende os meios de resfriamento, e a ponte que leva a eletrônica de potência são monobloco; - o dissipador, que compreende os meios de resfriamento, é adaptado sobre a ponte que leva a eletrônica de potência para formar uma ponte dissipadora feita de duas partes; - os componentes de potência são colocados sobre pistas; - as pistas são solidárias da ponte dissipadora de calor; - as pistas são isoladas eletricamente da ponte dissipadora de calor.

[0027] As colunas e/ou as aletas podem consistir pelo menos em parte em caloducs.

[0028] Em uma forma de realização o ventilador traseiro compreende pelo menos duas partes superpostas, como descrito por exemplo no documento FR A 2 741 912, para aumento do número de pás e da potência do ventilador.

[0029] Os meios de resfriamento de acordo com a invenção possuem pelo menos uma saliência dirigida para o mancai traseiro e solidária da segunda face da ponte.

Breve descrição das figuras [0030] A figura 1, já descrita, representa a parte de trás de um alternador clássico com um dispositivo de resfriamento clássico.

[0031] A figura 2 representa a parte de trás de um alternador-motor de arranque no qual a introdução e a saída do fluido de resfriamento são feitas lateralmente.

[0032] A figura 3 representa a parte de trás de um alternador-motor de arranque com a parte elevada sobre o qual é colocada a eletrônica de potência.

[0033] As figuras 4 a 6, 8 e 10 são vistas parciais de baixo da face inferior da ponte dissipadora de calor voltada para o mancai traseiro para diferentes modos de realização.

[0034] A figura 7 é uma vista da seção de uma coluna, que constitui um meio de resfriamento de acordo com a invenção, para uma variante de realização.

[0035] As figuras 9 e 11 são vistas em corte de acordo com as linhas IX-IX e XIXI respectivamente das figuras 8 e 10.

[0036] A figura 12 é uma vista parcial em corte da montagem da ponte dissipadora no fundo do mancai traseiro.

[0037] Descrição detalhada de modos de realização da invenção [0038] Nessas figuras os elementos comuns terão os mesmos sinais de referência.

[0039] A figura 2 representa uma vista de lado em corte da parte de trás de um alternador-motor de arranque que possui um dispositivo de resfriamento de acordo com a invenção. Como todos os alternadores-motores de arranque conhecidos, o alternador-motor de arranque representado na figura 2 possui um rotor 1 fixado em um eixo de rotação 2 de eixo A. Esse rotor 1 é circundado pelo estator 3 dotado de um corpo 8 sob a forma de uma pilha de chapas com entalhes atravessados pelos enrolamentos da bobinagem de induzido 7. O estator 3 é sustentado pelo mancai traseiro 4 e pelo mancai dianteiro (não representado), que mantém a arvore de rotação 2 por intermédio de rolamentos 6. O rotor é por exemplo um rotor de garras, como descrito nos documentos DE A 197 05 228 ou EP A 0515 259 aos quais se recorrerá para maiores precisões. Em variante esse rotor é de pólos salientes por exemplo do tipo híbrido de pólos salientes, que alternam circunferencialmente com ímãs permanentes como descrito no documento WO 02/054566 ao qual se recorrerá.

[0040] Como explicado precedentemente, o alternador-motor de arranque possui uma ponte retificadora de transistores de potência MOS, associada a unidades de comando, ditas drivers, desses transistores de potência. Essa ponte retificadora e essas unidades de comando formam juntas a eletrônica de potência, dita circuito eletrônico de potência do alternador-motor de arranque, referenciada 15 na figura 2. Essa eletrônica ou circuito de potência 15 é montada na face superior, dita primeira face, de uma ponte dissipadora de calor 16 descrita abaixo.

[0041] De acordo com a invenção, a face inferior, dita segunda face, axialmente orientada na direção do mancai traseiro 4 da máquina elétrica dessa ponte dissipadora de calor 16 forma uma parede de uma passagem longitudinal, ou radial, de escoamento 17 do fluido de resfriamento no alternador-motor de arranque. A outra parede dessa passagem 17 é portanto formada pela face superior do maçai traseiro 4 descrito abaixo.

[0042] De acordo com a invenção, o capô de proteção 11 possui aberturas 19 situadas em frente à passagem de escoamento 17. Essas aberturas se comunicam com a periferia externa da passagem 17. Desse modo, o fluido de resfriamento, em especial o ar, é introduzido na parte de trás do alternador-motor de arranque por essas aberturas 19 e depois circula na passagem 17, sob a ponte dissipadora 16, resfriando a eletrônica de potência 15. Um ventilador traseiro 5, fixado no eixo de rotação 2 ou no rotor 1, assegura a aspiração do ar no interior da passagem 17. as aberturas 19 são vantajosamente distribuídas circunferencialmente de maneira regular na periferia externa do capô 11.

[0043] Assim realizada, a ponte dissipadora 16 de calor forma uma parte elevada acima do mancai traseiro 4. A figura 3, que representa uma vista de perfil do dispositivo de resfriamento da invenção, mostra bem essa parte elevada. Essa figura 3 será descrita em detalhe ulteriormente.

[0044] De acordo com a invenção, a ponte dissipadora 16 possui, em sua face inferior, meios de resfriamento 18.

[0045] Dito de outro modo a face inferior da ponte 16 é configurada para formar meios de resfriamento 18.

[0046] Esses meios de resfriamento 18 são dispostos na passagem 17 e asseguram o escoamento do fluido de resfriamento de acordo com um caminho escolhido, quer dizer de modo a que o fluido penetre o mais próximo possível da arvore de rotação para lamber da melhor maneira possível a face inferior da ponte dissipadora. Assim a face inferior da ponte dissipadora é resfriada em toda a distância radial situada entre a periferia externa e a periferia interna próxima do eixo, da ponte dissipadora.

[0047] Na figura 3 o dissipador 16 apresenta uma forma de U. Esse dissipador 16 apresenta portanto dois ramos 161, 162 e uma cabeça 163 que liga entre si os ramos 161, 162.

[0048] Uma passagem axial central 22, que delimita a periferia interna do dissipador, está presente entre os dois ramos 161,162. Essa passagem é delimitada também pela periferia interna 165 da cabeça 163. Essa passagem central 22 é atravessada pelo eixo A e é dimensionada para ser superior ao tamanho do eixo 2.

[0049] Graças a essa passagem 22 o fluido penetra o mais próximo possível do eixo 2 de maneira descrita abaixo.

[0050] Nessa figura 3 esse dissipador tem uma forma vazada de modo que ele apresenta um fundo 160 em forma de U, cujo contorno é delimitado por um rebordo 166 aqui perpendicular ao fundo 160 de orientação transversal em relação ao eixo A.

[0051] A passagem axial 22 tem assim uma forma de canal.

[0052] Nas figuras 2 e 3 os meios de resfriamento consistem em aletas de resfriamento 18.

[0053] As aletas adjacentes formam canais radiais que guiam o fluido de resfriamento na passagem 17 que se comunica com a passagem 22.

[0054] Esses canais são alargados indo-se da periferia interna do dissipador 16 para a periferia externa desse último. Essas periferias interna e externa do dissipador 16 delimitam a passagem 17 em associação com o mancai traseiro 4. As aletas têm aqui uma orientação radial em relação a um centro definido pelo eixo A e têm aqui uma altura constante.

[0055] Assim, esses canais possuem uma face inferior formada pelo mancai traseiro, os dois lados em frente a duas aletas adjacentes assim como o fundo 160 em U da ponte dissipadora formado entre duas aletas adjacentes. Vantajosamente o dissipador, que compreende as aletas, e a ponte que leva a eletrônica de potência são monoblocos formando assim uma ponte dissipadora monobloco.

[0056] As aletas são por exemplo moldadas solidariamente com a ponte dissipadora e são vantajosamente fina para aumentar o número dessas últimas e melhorar a superfície de troca térmica aqui com o ar.

[0057] Em variante, o dissipador pode ser adaptado sobre a ponte que leva a eletrônica de potência formando assim uma ponta dissipadora feita de duas partes. Esse fluido é evacuado em seguida por orifícios 4a - 4d realizados no mancai traseiro 4. Esses orifícios 4a - 4d são, de preferência, idênticos aos orifícios realizados em um mancai de alternador, como aquele mostrado na figura 1. Vantajosamente, as aletas 18 são dispostas radialmente na direção do fluxo do fluido que se concentra na direção dos orifícios centrais 4b e 4c do mancai traseiro 4 de forma vazada.

[0058] Mais precisamente esse mancai 4 possui um fundo 40 furado centralmente para a passagem do eixo 2. Esse fundo apresenta um alojamento para a montagem do rolamento de esferas 6 de sustentação do eixo 2 e é prolongado em sua periferia externa por um rebordo anular 41. O fundo 40 e o rebordo 41 são respectivamente de orientação transversal e de orientação axial em relação ao eixo A.

[0059] A face superior precitada do mancai 4 é portanto constituída pela face superior do fundo 40, que constitui uma das paredes da passagem 17.

[0060] O rebordo 41 leva interiormente o corpo 8 do estator 3.

[0061] Os orifícios centrais 4b, 4c pertencem ao fundo 40, enquanto que os outros orifícios, a saber os orifícios laterais ou radiais 4a, 4d, pertencem ao rebordo 41.

[0062] Nessa figura 3 só foi referenciado um 4b dos orifícios centrais e um 4a dos orifícios laterais. Os orifícios centrais, próximo da abertura central do fundo 40, são em forma de janela, enquanto que os orifícios laterais são de forma oblonga e implantados radialmente acima da parte, chamada de novelo, dos enrolamentos da bobinagem de induzido 7 saliente em relação ao corpo 8. Graças a esses orifícios laterais a bobinagem é portanto bem resfriada.

[0063] Assim, na invenção, o ar (ou qualquer outro fluido de resfriamento) é aspirado lateralmente pelas aberturas 19 do alternador-motor de arranque e escoa através dos orifícios centrais 4b e 4c do mancai 4 ao mesmo tempo em que lambe os elementos de resfriamento da ponte dissipadora, quer dizer as aletas 18, em todo o comprimento das mesmas antes de se evacuar pelos orifícios laterais 4 a e 4d do mancai 4. Assim, a eletrônica de potência 15, mais precisamente os componentes dessa última, é resfriada por condução, depois de resfriamento da ponte dissipadora 16, via os meios de resfriamento 18 aqui em forma de aletas 18.

[0064] Por outro lado, como a ponte dissipadora 16 e a eletrônica ou circuito eletrônico de potência 15 estão à distância do eixo de rotação. Existe, entre esse eixo de rotação 2 e a ponte dissipadora 16, um espaço 22 pelo qual o ar pode também circular. Esse espaço 22 forma um canal axial de escoamento do fluido. De acordo com um modo de realização da invenção orifícios centrais 23a e 23b são realizados no capô de proteção 11. Ar é então aspirado por esses orifícios 23a e 23b no alternador-motor de arranque, e depois escoa pelo espaço 22 ao longo do eixo de rotação 2 e alcança a passagem de escoamento 17 sob a ponte dissipadora 16. Desse modo, a eletrônica de potência é resfriada, por um lado, lateralmente pela passagem 17 e, por outro lado, axialmente, pelo espaço 22. Esse escoamento de ar axial suplementar que transita pelo espaço 22 permite além disso obter um resfriamento bem melhor das partes internas do alternador, tais como os rolamentos de esferas 6 e os novelos dos enrolamentos da bobinagem de induzido 7, por um aumento da vazão de ar global na máquina.

[0065] O caminho do escoamento do fluido de resfriamento na parte de trás do alternador-motor de arranque é representado por flechas e traços pontilhados, na figura 2.

[0066] De acordo com um modo de realização preferido da invenção, defletores 24 são colocados a jusante dos orifícios 4 a e 4d realizados no mancai traseiro 4, mais precisamente na figura 2 axialmente a jusante da borda traseira 42 dos orifícios 4a e 4d próximo do fundo 40. Esses defletores 24 permitem afastar o fluxo de fluido de entrada do fluxo de fluido de saída a fim de que o fluido que sai do amada não seja reintroduzido imediatamente na passagem 17. Evita-se assim uma recirculação grande do fluido quente que provém do interior do alternador-motor de arranque.

[0067] Esses defletores 24, colocados na saída dos orifícios laterais 4a e 4d do mancai 4, são levados pelo mancai traseiro. Assim em um modo de realização os defletores podem ser fixados no mancai 4, na proximidade dos orifícios laterais 4a e 4d do mancai. Eles podem também ser levados pelo mancai traseiro sendo para isso realizados no capô de proteção 11, por exemplo, levantando-se a extremidade livre do capô de proteção, como representado na figura 2.

[0068] Esse capô, levado pelo mancai 4 e vantajosamente feito de matéria plástica, tem uma forma vazada como o mancai traseiro 4. Ele possui portanto (figura 2) um fundo 110, de orientação transversal em relação ao eixo A, prolongado em sua periferia externa por um rebordo 111 anular de orientação axial em relação ao eixo A.

[0069] Os orifícios centrais 23a e 23b são realizados no fundo 110, enquanto que as aberturas 19, em forma de orifícios, são realizadas no rebordo 111.

[0070] Os defletores 24 são aqui ligados juntos para formar a extremidade livre do rebordo 111 de forma alargada, o que torna fácil a montagem do capô sobre o rebordo do mancai traseiro. A base 124 dessa extremidade 24, que facilita a montagem do capô 11, é implantada axialmente, aqui ligeiramente, em recuo em relação à borda dianteira 43 dos orifícios 4a, 4b. Essa base 124 é portanto implantada axialmente entre as bordas 42, 43. Em variante a extremidade livre do rebordo possui uma alternância de porções alargadas, quer dizer levantadas, na saída dos orifícios 4a, 4b e de porções não levantadas ou chanfradas para facilitar a montagem do capô. Em variante o rebordo 111 do capô apresenta um rebordo saliente radialmente e perfilado em função do cárter do motor do veículo para formar um defletor. Esse rebordo, que forma um meio de separação, é colocado a montante dos orifícios e a jusante das aberturas como descrito no documento EP A 0 740 400.

[0071] No modo de realização da invenção representado na figura 2, o capô de proteção 11 envolve toda a parte de trás do alternador-motor de arranque, quer dizer que ele envolve a eletrônica de potência 15 montada na ponte dissipadora 16 e a totalidade do mancai traseiro 4. Nesse caso, o capô de proteção 11 pode possuir orifícios situados a jusante dos orifícios laterais do mancai traseiro e destinados a deixar o fluido se evacuar para fora do alternador-motor de arranque. Ele pode também possuir, além ou no lugar desses orifícios, um ou vários defletores 24 em frente aos orifícios laterais 4a, 4d. esses últimos podem ser realizados no próprio capô.

[0072] O capô de proteção 11 pode também envolver a eletrônica de potência montada na ponte dissipadora e a parte superior do mancai 4, quer dizer que ele não envolve as partes laterais do mancai que possuem os orifícios 4a e 4d. Nesse caso, os defletores podem ser fixados no mancai 4 ou então realizados levantando-se a extremidade livre do capô.

[0073] De acordo com uma característica, a ponte dissipadora 16 é fixada no mancai traseiro 4 com o auxílio de tirantes ou de cavilhas de união 20. De acordo com um modo de realização, os tirantes ou cavilhas de união, de uma maneira geral os meios de união 20, são os mesmos que aqueles utilizados para fixar habitualmente o mancai 4 com o circuito magnético 8 do estator 3, quer dizer os mesmos tirantes que aqueles mostrados na figura 1. Esses tirantes, por exemplo sob a forma de parafusos longos, são visíveis por exemplo na figura 1 do documento EP A 0515 259.

[0074] Em um outro modo de realização da invenção, a ponte dissipadora 16 é fixada no mancai 4 com o auxílio de pinos 21 de fixação. Esses pinos de fixação podem ser solidários da ponte dissipadora 16 ou então do mancai 4.

[0075] Na figura 3, foi representado, de perfil, o dispositivo de resfriamento do alternador-motor de arranque, sozinho. Dito de outro modo, o rotor, o estator e o eixo de rotação não estão representados nessa figura 3. É visto portanto nessa figura 3, o mancai traseiro 4 com a ponte dissipadora 16 que forma uma parte elevada acima do mancai 4. No modo de realização dessa figura, a parte elevada é fixada no mancai 4 com o auxílio de pinos de fixação 21. Esses pinos de fixação são pelo menos em número de dois. Eles são distribuídos entre as aletas 18. Os pinos 21 são implantados na proximidade da periferia externa do fundo 40, quer dizer radialmente acima dos orifícios centrais 4b.

[0076] Nessa figura 3, é bem visto que as aletas 18 são axialmente mais curtas do que os pinos e que elas não estão em contato físico, nem em contato elétrico, com o mancai traseiro 4. por exemplo, um espaço de 2 mm pode separar as extremidades axiais das aletas 18 e o fundo 40 do mancai traseiro 4.

[0077] No exemplo da figura 3, a ponte dissipadora 16 constitui cerca de 3/4 da superfície do fundo do mancai 4, em torno do eixo de rotação. Na face superior dessa ponte 16, os componentes 15 constituem a eletrônica de potência do alternador-motor de arranque. Deve ser notado que a superfície da ponte dissipadora pode variar em função do número e do tamanho dos componentes a montar.

[0078] Com a disposição do dispositivo de resfriamento que acaba de ser descrito, é possível conectar o alternador e a ponte retificadora, cada um deles, a uma massa que pode ser diferente para um e para o outro.

[0079] Além disso, a máquina elétrica pode possuir uma camada de material eletricamente isolante, colocada entre a face inferior da ponte dissipadora e o mancai traseiro, para evitar qualquer risco de contato elétrico entre esses dois elementos. Vantajosamente, essa camada de materiais isolante é fixada na face externa do mancai traseiro e possui também orifícios de passagem de ar em frente àqueles do mancai traseiro para a passagem do fluido de resfriamento.

[0080] De acordo com um modo de realização, os componentes eletrônicos 15 são colocados sobre pistas condutoras 25, 26. essas pistas 25, 26 são isoladas da ponte dissipadora por exemplo com alumina.

[0081] Por exemplo recorrer-se a um substrato metálico isolado que consiste em uma sapata metálica recoberta com um isolante polimérico e depois com uma folha de material condutor, tal como o cobre, que é em seguida gravada para formar o circuito elétrico isolado. Em seguida interpõe-se alumina entre o dissipador e o substrato isolado. Para maiores precisões se recorrerá ao documento EP A 1 032 114.

[0082] Aqui uma única pista 26 leva os componentes eletrônicos em forma de chips, ditos chips positivos, que definem as meia pontes positivas como descrito no documento EP A 1 032 114 precitado. Essa pista 26, em forma de U, é prolongada por uma lingüeta 27 conformada para formar o terminal positivo do alternador-motor de arranque. As pistas 25 levam cada uma delas os chips, ditos chips negativos, que definem uma meia ponte negativa e são conformadas para apresentar cada uma delas uma aba de encastramento 28 que serve para a fixação do enrolamento em questão da bobinagem de induzido. Os chips, tais como transistores do tipo MOSFET, são ligados por ligações filares. Os chips negativos são ligados na massa. O terminal negativo é não visível. No entanto vantajosamente isola-se eletricamente a ponte do mancai traseiro para evitar perturbações quando o alternador funciona em modo de motor elétrico.

[0083] Tudo isso depende das aplicações.

[0084] O dispositivo de resfriamento para alternador-motor de arranque que acaba de ser descrito pode também ser empregado em um alternador clássico. De fato, o dispositivo de acordo com a invenção pode também ser vantajosamente utilizado quando o mancai traseiro desprende muito calor. Nesse caso, a fim de resfriar bem a eletrônica de potência, limitada aqui à ponte retificadora, o dispositivo de acordo com a invenção permite realizar uma separação térmica entre o mancai traseiro e a ponte dissipadora de maneira a que não haja troca de calor por condução entre a ponte dissipadora e o mancai traseiro do alternador. Ele pode, de um modo geral, ser empregado para qualquer tipo de alternador, que compreende notadamente um rotor de garras ou de pólos salientes.

[0085] Naturalmente a presente invenção não está limitada aos exemplos de realização descritos.

[0086] Em especial disposições podem ser adotadas para reduzir as perdas de carga na passagem 17 e evitar, notadamente recirculações de fluido no interior dessa última.

[0087] Assim em variante as aletas 18 são axialmente de altura decrescente. Por exemplo as aletas 18 são mais altas axialmente na periferia interna da passagem 17 do que na periferia externa da passagem 17 para que se tenha uma velocidade de escoamento do ar que seja a mais constante possível.

[0088] Em variante entre duas aletas consecutivas que pertencem a uma primeira série de aletas que se estendem da periferia externa para a periferia interna da passagem 17, é prevista pelo menos uma aleta radialmente mais curta.

[0089] Em variante pelo menos algumas das aletas 18 são fendidas de modo que uma circulação de ar é criada entre as duas faces de uma aleta 18 que vai do lado onde a pressão estática é a mais forte para o lado onde ela é a mais fraca. Impede-se assim um descolamento da camada limite do fluido de resfriamento aqui ar, e recirculações desse fluido em sentido inverso.

[0090] As perdas de carga são assim diminuídas e o resfriamento da ponte dissipadora 16 é melhorado.

[0091] As fendas são retas ou inclinadas em relação ao fundo 160 do dissipador 16. As aletas são assim em uma variante fracionadas em pelo menos duas partes.

[0092] As aletas podem ter uma forma sinuosa.

[0093] Pelo menos algumas das aletas podem ser substituídas por colunas de modo que os meios de resfriamento podem compreender aletas e colunas.

[0094] Todas as combinações são possíveis como visível nas figuras 4 a 12.

[0095] Assim na figura 4 é visto em 18 duas aletas de orientação radial que delimitam um canal da passagem 17 de acordo com a invenção. Entre essas duas aletas 18 consecutivas que pertencem a uma primeira série de aletas é encontrada pelo menos uma aleta 18, aqui três aletas, que pertencem a uma segunda série de aletas radialmente mais curtas.

[0096] As aletas 181 são implantadas na periferia externa da passagem 17. Aletas curtas 182 são implantadas na periferia interna da passagem 17 entre as duas aletas consecutivas 18. Essas aletas, aqui em número de três, são globalmente radialmente alinhadas com as aletas 181 de modo que fendas existem entre as aletas 181, 182 globalmente radialmente alinhadas.

[0097] Essas fendas são em um modo de realização de pequena largura. Aqui as fendas têm uma grande largura de modo que duas fileiras circunferenciais 281, 282 de colunas são implantadas radialmente entre as aletas 181 e 182. Essas colunas são implantadas em duas circunferências e são aqui de seção circular, em variante de seção em forma oval ou em forma de losango, como visível em 381 na figura 7 na qual foi representado por uma flecha o caminho do ar. Essas aletas são montadas em quincôncio.

[0098] Em variante, como visível na figura 5, as aletas consecutivas 180 da primeira série de aletas têm uma forma sinuosa, aqui encurvada, para criar um efeito Venturi e otimizar a velocidade de escoamento de ar.

[0099] Nesse caso o número de aletas 182, 282 é reduzido, enquanto que o número de aletas 181, 281 é aumentado. A entrada da passagem 17 entre as aletas 18 tem circunferencialmente uma dimensão superior à saída dessa passagem.

[00100] Todas essas disposições permitem melhorar a superfície de troca térmica do dissipador com o ar e bem gerir o escoamento de ar sob a eletrônica de potência. Por outro lado isso facilita a fabricação da ponte 16 pois essa ponte não recorrer unicamente a aletas finas.

[00101] Naturalmente os meios de resfriamento podem possuir unicamente colunas 481 como visível na figura 6.

[00102] Essas colunas, aqui de seção circular podem ser radialmente alinhadas ou ser circunferencialmente deslocadas como as colunas das fileiras 281, 282 da figura 4 e como visível em 581 na figura 8. Em variante as colunas têm uma seção retangular. Isso é o mesmo nesses casos que fracionar cada aletas 18 em uma pluralidade de partes separadas uma das outras por fendas.

[00103] Será apreciado que as colunas reforçam a resistência mecânica do dissipador. Com colunas se torna possível usinar as extremidades livres dessas últimas de modo que em um modo de realização as colunas estão em contato com o fundo 40 do mancai 4. Esse contato é direto ou em variante indireto, uma camada termicamente isolante, visível por exemplo em 50 na figura 12, sendo interposta entre as extremidades livres das colunas e o fundo 40 do mancai traseiro 4.

[00104] Algumas dessas colunas podem constituir os pinos 21 da figura 3, de modo que uma folga pode existir entre o fundo 40 do mancai 4 e as extremidades livres dessas outras colunas.

[00105] Naturalmente o fundo do dissipador 16, mais precisamente a face inferior desse último voltada na direção do fundo do mancai traseiro, pode possuir pelo menos uma porção recurvada como visível em 280 nas figuras 10 e 11, para desviar o ar e criar um efeito Venturi na passagem 17 para otimizar a velocidade de escoamento do ar.

[00106] Essa disposição é uma outra forma dos meios de resfriamento de acordo com a invenção.

[00107] As colunas em um modo de realização não têm a mesma seção.

[00108] Algumas das colunas podem ser interiormente vazadas, como visível em 681 na figura 12, de modo que essa coluna constitui um dos pinos de fixação 21 da figura 3. Esse pino pode ser atravessado pelos tirantes ou pelos parafusos de união 20 da figura 2.

[00109] Algumas dessas colunas podem consistir em caloducs que apresentam uma zona de condensação implantada na passagem 17 e uma zona de evaporação que absorve calor e que está em contato com a face inferior do dissipador 16.

[00110] Esse caloduc é interiormente vazado e é dotado de um recinto que contém um fluido sob pressão, tal como água. O recinto do caloduc é por exemplo feito de cobre ou de aço inoxidável ou de níquel. Esse caloduc retira calor ao nível do dissipador passando para isso de um estado líquido para um estado gasoso. Ele restitui o calor na passagem 17.

[00111] Naturalmente o dissipador 16 tem em variante uma forma de ferradura ou uma forma de coroa.

[00112] Em variante o dissipador pode levar o regulador de tensão e/ou pilotos (drivers) para comandar os componentes eletrônicos 15, tais como os chips em forma de transistores, que pertencem a uma ponte retificadora da corrente alternada produzida pelo estator 3 em corrente contínua, essa ponte sendo também de maneira precitada uma ponte de comando quando é injetada uma corrente nos componentes 15 sob o controle dos drivers.

[00113] Os ramos dessa ponte podem formar módulos com seu driver associado. De uma maneira geral o circuito eletrônico de potência 15 possui vários componentes e várias partes.

[00114] Um ou vários drivers podem ser previstos. Por exemplo existe um único driver para comandar todos os chips que constituem interruptores comandados. Em variante existe um driver por chip a comandar ou um driver por ramo da ponte. O dissipador leva assim em um modo de realização toda a parte de potência da unidade de comando e de controle do alternador-motor de arranque, quer dizer os chips e o ou os drivers. A parte de controle e de gestão, assim como o regulador de tensão que comanda a bobinagem de excitação do rotor sendo montados em uma caixa externa.

[00115] A montagem do circuito eletrônico 15 na ponte dissipadora pode ser realizada como descrito no documento WO 03/051095 ao qual se recorrerá. Assim esse circuito possui pistas metálicas, por exemplo feitas de cobre destinadas a receber os chips. Injeta-se resina, por exemplo do tipo termoplástico deixando-se aparecer, graças a um molde, partes acessíveis ao nível das faces inferiores e superiores das pistas para notadamente montagem dos chips na face superior das pistas. A face inferior acessível das pistas é perpendicular aos chips.

[00116] Em seguida interpõe-se um elemento condutor de calor e isolante elétrico entre as pistas e o dissipador 16. esse elemento pode ser resina epóxi ou poliamida que apresenta faces adesivas. Em variante trata-se de uma cola termocondutora que compreende esferas de vidro.

[00117] Em seguida monta-se um capô de proteção.

[00118] Será apreciado que o mancai traseiro não é modificado de maneira profunda em relação àquele da figura 1. Esse mancai é desprovido de alojamento para montar diodos negativos e possui eventualmente pinos para fixação da ponte.

[00119] Os meios de resfriamento são aqui do tipo mecânico e possuem pelo menos uma saliência que pertence à segunda face do dissipador 16 e que é montada na passagem 17.

REIVINDICAÇÕES

Claims (21)

1. Máquina elétrica giratória que possui: - um mancai traseiro ¢4), - um rotor (1) centrado e fixado em um eixo de rotação (2) sustentado por pelo menos o mancai traseiro ¢4), - o mancai traseiro (4) possuindo orifícios radiais (4a, 4d) para saída de fluido de resfriamento, - um estator ¢3) que circunda o rotor, - o estator compreendendo uma bobina de induzido (7) tendo enrolamentos formando as fases da máquina elétrica, - um circuito eletrônico de potência (15) conectado aos en rolamentos das fases do estator e compreendendo componentes eletrônicos de potência colocados sobre pistas (25), - uma ponte díssipadora de calor (16} compreendendo por um lado uma primeira face sobre a qual é montado o circuito eletrônico de potência, e por outro lado, uma segunda face, oposta à dita primeira face e orientada na direção do mancai traseiro, - a dita segunda face formando uma parede longitudinal de uma passagem (17) para escoamento de fluido de resfriamento, uma outra parede longitudinal dessa passagem (17) sendo formada pelo mancai traseiro (4) que sustenta o estator, caracterizada pelo fato de que a ponte díssipadora de calor forma uma parte elevada (16) acima do mancai traseiro (4) e a segunda face da ponte díssipadora de calor (16) inclui meios de resfriamento (18) dispostos na passagem (17) de escoamento do fluído para resfriamento dos ditos componentes eletrônicos de potência, e as ditas pistas (25), nas quais os componentes eletrônicos de potência são colocados, são presas à ponte díssipadora de calor.

2. Máquina elétrica giratória de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os meios de resfriamento (18) são dispostos radialmente na direção do fluxo do fluido de resfriamento.

3. Máquina elétrica giratória de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que os meios de resfriamento possuem aletas de resfriamento (18).

4. Máquina de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que as aletas de resfriamento (18) formam canais de resfriamento radialmente orientados.

5. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que os meios de resfriamento compreendem colunas (281,282, 481,381,581,681).

6. Máquina de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que os meios de resfriamento compreendem aletas e colunas.

7. Máquina de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que algumas das aletas possuem um formato de enrolamento para criar um efeito Venturi.

8. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada pelo fato de que algumas das colunas (681) formam pinos de fixação do dissipador de calor (16) no mancai traseiro (4).

9. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizada pelo fato de que as colunas e as aletas podem consistir pelo menos parcialmente de tubos de aquecimento.

10. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que os meios de resfriamento são formados por meio de pelo menos uma porção recurvada (280) da segunda face do dissipador.

11. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 10, caracterizada pelo fato de que as extremidades axiais das aletas solidárias da ponte dissipadora estão situadas à distância do mancai traseiro.

12. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o mancai traseiro compreende um fundo (40) que forma uma das paredes da passagem (17) de escoamento do fluido, esse fundo (40) é prolongado em sua periferia externa por um rebordo (41) dotado de orifícios laterais (4a - 4d) e em que o mancai traseiro leva pelo menos um defletor (24) colocado na saída dos orifícios laterais (4a - 4d) do rebordo (41) do mancai traseiro (4).

13. Máquina elétrica giratória de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que compreende um capô de proteção (11) de forma vazada que recobre o circuito eletrônico de potência (15) e a ponte dissipadora (16) e em que o defletor (24) é formado na extremidade livre do capô (11).

14. Máquina elétrica giratória de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a extremidade livre (24) do capô (11) é alargada para formar o defletor.

15. Máquina elétrica giratória de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizada pelo fato de que o capô de proteção (11) inclui pelo menos uma abertura (19) que se comunica com a passagem (17) de escoamento do fluido de resfriamento.

16. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um espaço entre o eixo de rotação do rotor e a ponte dissipadora que forma uma passagem axial de escoamento do fluido de resfriamento.

17. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que a ponte dissipadora é fixada no mancai traseiro (4) por tirantes de união (20).

18. Máquina elétrica giratória de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que a ponte dissipadora é fixada acima do mancai traseiro por intermédio de pinos (21) solidários da ponte dissipadora.

19. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizada pelo fato de que inclui uma camada de material eletricamente isolante entre a ponte dissipadora e o mancai traseiro.

20. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizada pelo fato de que a ponte dissipadora, que compreende os meios de resfriamento, e a ponte que sustenta o circuito eletrônico de potência são monoblocos.

21. Máquina elétrica giratória de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizada pelo fato de que as pistas (25) são eletricamente isoladas da ponte dissipadora de calor.