CN107508429A - 具有改进的动力电子设备的旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及一种用于机动车辆的旋转电机，其特征在于，包括：‑散热器(65)；‑两个动力模块(50)，其集成在所述散热器(65)中，每个动力模块包括形成三个整流桥臂(52)的整流元件(53)、与整流桥臂(52)相关联的连接端子(58)和控制整流桥臂(52)的控制单元(51)；和‑建立电连接的连接器(61)，特别是建立用于连接动力模块(50)的连接端子(58)和旋转电机的相输出之间的电连接。

Description

具有改进的动力电子设备的旋转电机
技术领域
本发明涉及具有改进的动力电子设备的旋转电机。该发明在用于机动车辆的交流发电机领域中具有特别有利但非排他性的应用。这种类型的交流发电机将机械能转化为电能，并且可以是可逆的。
背景技术
被称为交流发电机-启动器的类型的可逆式交流发电机允许将电能转化成机械能，具体地用以启动车辆的热发动机。
作为已知的方式，交流发电机包括壳体、和位于壳体内部的与轴一体地旋转的爪式转子和定子，该定子围绕该转子并存在空气间隙。
转子包括两个磁轮，每个磁轮具有横向取向的凸缘，在凸缘的外围上设有轴向取向的爪。磁轮的爪相对于彼此成覆瓦状。圆柱形芯轴向地插置在轮的凸缘之间。该芯在其周围支撑激励线圈，该激励线圈围绕绝缘元件形成，该绝缘元件径向插置在该芯和该线圈之间。
此外，定子包括形成皇冠状的薄板堆叠构成的本体，其内表面设置有朝向内部开口的凹口，以便接收相绕组。这些绕组穿过定子本体中的凹口，并形成在定子本体的两侧的突出的髻。相绕组例如由覆盖有搪瓷的连续导线获得，或者由具有通过焊接连接至彼此的引脚形式的导电元件获得。
相绕组通过其相输出电连接到电动力模块。这些动力模块形成电压整流桥。通常，每个动力模块包括控制单元，该控制单元可以控制两个桥臂，每个桥臂包括例如由MOSFET型晶体管构成的两个整流元件。桥臂具体地根据定子的温度、转子的位置和速度和由发动机计算机返回的热发动机的操作参数来控制。
针对于具有两个三相系统(即，总共六相)的定子，当前的配置使得必须使用三个动力模块，从而构成一个庞大的组件，这使得不可以适应直径减小的电机，或不容易加入汽车制造商要求的新功能，例如可恢复的制动功能，或在停止和启动类型的系统(即，用于自动停止发动机和重启发动机的系统)的环境中辅助停止热发动机。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种用于机动车辆的旋转电机来有效地消除这些缺点，该旋转电机的特征在于，包括：
-散热器；
-两个动力模块，其集成在该散热器中，每个动力模块包括整流元件，该整流元件形成三个整流桥臂，每个动力模块还包括与该整流桥臂相关联的连接端子和控制该整流桥臂的控制单元；和
-连接器，其建立电连接，具体地建立用于连接该动力模块的连接端子与该旋转电机的相输出之间的电连接。
因此，旋转电机包括两个单个的动力模块。通过这种方式，两个动力模块可以控制旋转电机的定子绕组的所有相。这具有经济优势，因为它使得可以消除一个动力模块。此外，动力模块与控制电子设备的互连更容易，因为只有两个动力模块，这有助于执行可恢复性制动或协助停止热发动机的功能。此外，这也使得可以减小散热器和连接器的尺寸。
根据一个实施例，动力模块位于设置在散热器中的相应插座中。
根据一个实施例，粘合剂层插置在动力模块和每个相应插座的基底之间。
根据一个实施例，每个动力模块包括控制单元和三个桥臂，每个桥臂由两个整流元件形成。
根据一个实施例，整流元件是MOSFET晶体管。
根据变型实施例，每个动力模块可以包括能够整流定子绕组的相的电流的二极管。
根据一个实施例，连接器包括由电绝缘材料制成的本体、和由所述本体支撑的具有导电迹线的组件。导电迹线具体地覆盖模制在本体的至少一部分上。根据该实施例，连接器还包括由开放的导电迹线的部分形成的连接区域。开放是指导电迹线的这些部分不被覆盖模制在本体上的事实。连接的区域使得可以将动力模块的连接端子连接到相输出。连接器还使得可以形成动力模块之间的互连。
根据一个实施例，所述旋转电机另外地包括调节模块，以便调节施加到转子绕组的电压，所述调节模块集成在散热器中。在散热器上清除的空间允许安装用于调节散热器上的转子绕组电压的模块。因此，这提供了适合于在具有小直径的机器上植入的紧凑组件。
根据一个实施例，所述调节模块包括焊接在连接器的连接区域上的连接端子。这允许向调节模块供电并且使其与动力模块互连。
根据一个实施例，调节模块位于设置在散热器中的相应插座中。
根据一个实施例，在调节模块和散热器之间插置一层粘合剂。例如，粘合剂层插置在调节模块和相应插座的基底之间。
根据一个实施例，电机还包括调节模块，以便调节施加到转子绕组的电压，调节模块集成在连接器中。这使得可以促进不同模块与控制电子设备的互连，因此促进实现可恢复性制动类型的、或者协助停止热发动机的功能。
根据一个实施例，连接器包括用于接收调节模块的空腔。在该实施例中，位于连接器的迹线的延长线中的接收引脚通向空腔，以确保与调节模块的互连。
根据一个实施例，电导体位于接收引脚和调节模块的部件之间。这使得向调节模块供电和与动力模块互连两者成为可能。
根据一个实施例，连接器包括在在板的边缘上覆盖模制的、由导热材料制成的塑料部分。这种类型的板使得可以改善热量的排放。
根据一个实施例，板形成空腔的基底。
根据一个实施例，导热材料层插置在板和所述旋转电机的散热器的内表面之间。这也使得可以促进热排放。
根据一个实施例，板居中于空腔的基底。根据一个实施例，接收引脚布置在板的周围。
根据一个实施例，粘合剂层插置在调节模块和连接器之间。根据一个实施例，粘合剂层插置在调节模块和空腔的基底之间。
根据一个实施例，散热器包括具有与调节模块互补的形式的安置件(set-back)。
根据一个实施例，连接器和散热器具有限定开口的封闭外围。这使得可以固化连接器-散热器组件。
根据一个实施例，连接器包括具有连接凸耳的两个组件，以确保与相输出连接，两个组件根据彼此不同的两个角度扇区而延伸。
根据一个实施例，具有连接凸耳的每个组件与相应的动力模块相对延伸。
根据一个实施例，具有连接凸耳的两个组件彼此在角度上间隔120°的角度。
根据一个实施例，连接器包括具有根据相同角度扇区延伸的连接凸耳的组件，以确保与相输出的连接。
根据一个实施例，连接凸耳位于两个动力模块之间。
根据一个实施例，所述旋转电机包括附加刷保持器，其通过螺纹接合连接接口而被固定在连接器上。
根据一个实施例，连接器通过螺钉固定至散热器上，建立其与正极端子的连接。
根据一个实施例，由连接器和散热器形成的组件通过螺钉固定在电机的轴承上，从而建立连接器的迹线和旋转电机的接地之间的连接。
根据一个实施例，动力模块的连接端子焊接在连接器的相应连接区域上。
根据一个实施例，每个插座均填充有保护层。
附图说明
通过阅读以下描述并查看所附附图将更好地理解本发明。这些图仅仅通过说明的方式而提供，并且不限制本发明。
图1是根据本发明的示例的交流发电机的纵向截面图。
图2是示出根据图1的示例的交流发电机的后端的透视图。
图3是根据第一实施例的示例的交流发电机的连接器、电子动力模块、调节模块、以及散热器透视分解图。
图4是根据图3的实施例的交流发电机的电子动力和调节模块、以及散热器的透视分解图。
图5是安装在根据图3的实施例的交流发电机中的散热器的相应插座中的电子动力和调节模块的透视图。
图6是从由根据图3的实施例的交流发电机的散热器和连接器形成的子组件的从上方观察的透视图。
图7是从由根据图3的实施例的交流发电机的散热器和连接器形成的子组件的下方观察的透视图。
图8是图示根据本发明的交流发电机的定子绕组的相输出的定位的变体的透视图。
图9是根据第二实施例的示例的交流发电机的电子动力模块和散热器的透视分解图。
图10和图11是从根据图9的实施例的交流发电机的连接器的下方和上方观察的透视图。
具体实施方式
从一个图到另一个图，相同、相似或类似的元件保持相同的参考标记。
图1表示紧凑型多相交流发电机10，具体用于机动车辆。交流发电机10可以将机械能转换为电能，并且可以是可逆的。被称为交流发电机-启动器(alternator-starter)的这种类型的可逆交流发电机使得可以将电能转换成机械能，特别是用于启动车辆的热引发动机。
该交流发电机10包括壳体11，并且在壳体内部，包括安装在轴13上的爪式转子12和定子16，定子16围绕转子12，在转子12的外围与定子16的内周之间存在空气间隙。轴13延伸的轴线X形成转子12的旋转轴线。
壳体11包括支撑定子16的前轴承17和后轴承18。轴承17、18具有中空形状，并且每个轴承居中地支撑用于与轴13以旋转方式配合的球轴承。
更具体地，转子12包括两个磁轮24、25，每个磁轮具有横向取向的凸缘28，在此磁轮的外围上设置有爪29，其具有例如梯形和轴向取向。一个轮24、25的爪29轴向朝向另一个轮的凸缘28。一个磁轮24、25的爪29穿入在另一个磁轮的两个相邻爪29之间存在的齿间空间，以使得磁轮24、25的爪29相对于彼此成覆瓦状(imbricated)。
圆柱形芯30轴向地插置在轮24、25的凸缘28之间。在这种情况下，芯30由两个半芯组成，其中，每个半芯属于其中一个凸缘28。该芯30将激励转子绕组31支撑在其外围上。
轴13可以被压入磁轮24、25的中心孔中。在轴13的前端侧，轴13可以包括用于固定滑轮35的螺纹部分。滑轮35属于用于将运动传动至交流发电机10和机动车辆的热发动机之间的至少一个带的设备。
后轴承18支撑设有刷子39的刷保持器38，刷子39被设计成抵靠集电极41的环40摩擦，以确保向转子12绕组供电。更具体地说，刷保持器38包括具有插座的壳体，每个插座被设计成接收刷子。此外，图2中能够看到的附加保护元件42能够例如通过经由滑动连接的按扣固定在刷子39的末端侧上，该刷子39被设计成抵靠环40摩擦。围绕刷子39和相应的环40定位的这种保护元件42使得可以确保组件相对于外部环境的保护。
此外，定子16包括具有一组板的形式的本体43，该本体设有配备用于安装定子16的相的凹口绝缘体的凹口。每个相包括至少一个相绕组，该相绕组穿过定子43的本体中的凹口，并且与所有相一起在定子43的本体两侧上形成前髻(chignon)46和后髻47。
相绕组例如由覆盖有搪瓷的连续导线或者由例如通过焊接彼此电连接的引脚形式的导电元件获得。相绕组通过其相输出电连接到电子动力模块50。这些动力模块50形成电压整流桥，以便将由交流发电机10产生的交流电压转换为直流电压，以便具体地向车辆的电池和车载网络供电。
更具体地，如图4能看到的，旋转电机包括两个动力模块50。每个动力模块50包括控制单元51，其可以控制三个桥臂52，每个桥臂52包括两个整流元件53。整流元件53例如由MOSFET型晶体管构成。
因此，在具有双三相绕组的旋转电机的示例中，每个动力模块控制定子16的三个相。
根据变型实施例，每个动力模块可以包括多个二极管。
这些部件51、52、53以及其它无源部件(具体为电阻器和电容器)被植入电子板54上，电子板54包括设置在导电材料层(具体是铜层)中的迹线55。铜层覆盖例如陶瓷层，该陶瓷层还支撑位于与板54的表面相对的一侧上的第二铜层，其中第二铜层支撑电子部件。在该示例中，通过钎焊将不同的部件植入在板54上。
这些部件例如通过导线键合工艺与电子板54的迹线55电连接。连接端子58与不同的动力模块50相关联，用于与下文更详细描述的连接器61的迹线60的互连。
电机10还包括调节模块62，以便调节施加到转子绕组的电压。该调节模块62包括控制单元51和相关联的电子部件。
例如，调节模块62的控制单元51和相关联的电子部件被植入包括设置在导电材料层(具体为铜层)中的迹线55的电子板54上。
根据第一实施例，如图3、4和5所示，动力模块50和调节模块62集成在散热器65中，即它们每个均被定位在设置在散热器65中的相应插座67内。
优选地，为了改善由不同模块50和62散发的热量的释放，热导电粘合剂层68插置动力模块50和每个相应插座67的基底之间，以及调节模块62和插座67的相应基底之间。优选地，粘合剂层68沉积在板的不支撑任何部件的表面和插座67的基底之间。粘合剂还允许将不同的模块50、62固定在插座67中。
每个插座67可以填充有诸如凝胶或树脂的保护层，以便保护电子部件抵抗外部环境。作为一种变型，每个插座67可由相应的盖体封闭。
有利地，散热器65包括从散热器65的本体的外表面延伸突出的多个散热片66。“外表面”表示散热器的与面向定子的内表面相反的表面。
连接器61和散热器65优选地具有限定开口71的封闭外围，其可以在图5和图7中看到。这使得可以促进刷保持器38的集成以及交流发电机10内部的空气循环。为此，交流发电机10包括叶片72，其一体旋转地装配在转子12的轴向端部上，如图1所示。
连接器61具体建立在动力模块50的端子58和交流发电机10的相输出之间的电连接。连接器61还经由参考标记为75的正极端子B+建立电子板54的部件和正电位之间的电连接。正极端子75例如布置在散热器65上。另外，连接器61还具体地经由后轴承18或散热器65建立电子板54的部件与车辆的接地之间的电连接。
为此，如图7所示，连接器61包括具有由绝缘材料制成的板的一般形状的本体78，其覆盖模制在导电迹线60的组件上，其中一些导电迹线以虚线表示。动力模块50的端子58和迹线60之间的连接通过连接区域81例如利用激光焊接形成。每个连接区域81由导电迹线60的未由本体78覆盖模制的部分形成。调节模块62还包括焊接在连接器61的相应连接区域81上的突出的端子58。
如图2、图6和图8所示，一些迹线60径向地朝向连接器的本体78的外部突出，同时以连接凸耳95的形式布置在其自由末端处，以便建立与定子绕组的相输出的连接。
在表示双三相机器的图2和图6中的实施例中，连接器61包括具有被设计成连接至相输出的三个连接凸耳95的两个组件94。两个组件94根据彼此不同的两个角度扇区延伸。应当注意，角度扇区由角度区域限定，根据该角度区域，连接凸耳95(并且因此定子绕组的相输出)彼此间隔开大致相同的角度间隔。
具有连接凸耳95的每个组件94与相应的动力模块50相对延伸。根据一个实施例，具有连接凸耳95的两个组件94彼此成角度地间隔大约120°的角度A。
在仍表示双三相机器的图8中的实施例中，连接器61包括具有根据相同角度扇区延伸的连接凸耳95的组件94。连接凸耳95然后可以定位在两个动力模块50之间。
附加的刷保持器38可以通过螺纹接合连接接口96而固定在连接器61上。该连接接口96确保刷保持器38与连接器61的连接，以向刷子39供电。
为此，利用刷子的刷带从连接接口96延伸远至焊接区域的两条供电迹线98使得可以向刷子39提供动力。在刷子的位于连接接口96处的一侧上，供应迹线可以具有半月形式，用于与图6中示出的连接器61的相应模壳97互连。
连接器61例如通过螺钉固定在散热器65上。连接器61固定在散热器65上使得可以建立连接器61与正极端子B+75的连接。为此，螺钉穿过连接器61中的相应开口，该开口在图7中的参考标记为100。
由连接器61和散热器65形成的子组件例如通过螺钉固定在电机的后轴承上，从而在连接器61的迹线和旋转电机的接地之间建立连接。为此，螺钉穿过连接器61中参考标记为101的相应开口。可以提供定位在螺钉周围的绝缘柄，以防止任何短路。
根据图9、10和11所示的第二实施例，调节模块62集成在连接器61中。为此，连接器61包括用于接收调节模块62的空腔82。为了促进散热器65和连接器61之间的组装，如图9所示，散热器65在其内表面上包括一个安置件85。“内表面”表示散热器的与定子相对的表面。该安置件85具有与调节模块62互补的形状，或者更具体地具有与限定空腔82的连接器61的突出壁互补的形状。根据一个实施例，空腔82可以填充保护层，诸如凝胶或树脂，以便保护电子部件抵抗外部环境。作为变型，空腔82可以由盖封闭。
如图10所示，位于连接器61的迹线60的延长线中的接收引脚86通向空腔82内，以便确保与调节模块62的互连。调节模块62的部件例如通过引线键合工艺电连接到接收引脚86。因此，电导体位于接收引脚86和调节模块的部件之间，从而允许向调节模块62供电以及与动力模块50的互连。
连接器78的本体包括覆盖模制在板89的边缘上的塑料部分，该塑料部分由形成空腔82的基底的导热材料制成。因此，连接器78的本体限定了围绕板89的窗口。例如，板89居中于空腔82的基底中。再者作为示例，接收引脚86围绕该板布置。
根据一个实施例，如图9所示，在板89和散热器65的内表面(具体地是安置件85的面)之间上插置导热材料层92。
在该第二实施例中，仅调节模块被不同地布置。本发明的其它特征和元件与在第一实施例的说明中所描述的特征和元件相同或基本相同。
应当理解，前面的描述仅仅通过示例的方式提供，而不限制本发明的范围，通过任何其它等同物替换不同的元件不会导致脱离该范围。
此外，本发明的不同特征、变型和/或实施例可以根据各种组合彼此相关联，只要这些组合不矛盾或不相互排斥。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆的旋转电机(10)，其特征在于，包括：
-散热器(65)；
-两个动力模块(50)，其集成在所述散热器(65)中，每个动力模块包括形成三个整流桥臂(52)的整流元件(53)、与所述整流桥臂(52)相关联的连接端子(58)、和能控制所述整流桥臂(52)的控制单元(51)；和
-连接器(61)，其建立电连接，具体地建立用于连接所述动力模块(50)的连接端子(58)和所述旋转电机(10)的相输出之间的电连接。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，每个桥臂(52)由两个整流元件(53)形成。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机还包括调节模块(62)，以便调节施加到转子绕组(31)的电压，所述调节模块集成在所述散热器(65)中。
4.根据权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，所述调节模块(62)包括焊接在所述连接器(61)的连接区域(81)上的连接端子(58)。
5.根据权利要求3或4所述的旋转电机，其特征在于，所述调节模块(62)位于设置在所述散热器(65)中的相应插座(67)中。
6.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，在所述调节模块(62)和所述散热器(65)之间插置粘合剂(68)层。
7.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机还包括调节模块(62)，以便调节施加到转子绕组(31)的电压，所述调节模块(62)集成在所述连接器(61)中。
8.根据权利要求7所述的旋转电机，其特征在于，所述连接器(61)包括用于接收所述调节模块(62)的空腔(82)，并且，位于所述连接器(61)的迹线(60)的延长线中的接收引脚(86)开口到所述空腔(82)中，以确保与所述调节模块(62)的互连。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述连接器(61)和所述散热器具有限定开口(71)的封闭外围。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述连接器(61)包括具有连接凸耳(95)的两个组件(94)，以确保与相输出的连接，所述两个组件(94)根据彼此不同的两个角度扇区延伸。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述连接器(61)包括具有根据相同角度扇区延伸的连接凸耳(95)的组件(94)，以确保与相输出的连接。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机包括通过螺纹接合连接接口(96)而固定在所述连接器(61)上的附加刷保持器(38)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述连接器(61)通过螺钉固定在所述散热器(65)上，从而建立与正极端子(75)的连接。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的旋转电机，其特征在于，由所述连接器(61)和所述散热器(65)形成的所述组件(94)通过螺钉固定在所述电机的轴承(18)上，从而建立所述连接器(61)的迹线(60)和所述旋转电机的接地之间的连接。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述动力模块(50)的所述连接端子(58)焊接在所述连接器(61)的相应连接区域(81)上。
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