ES2371633T3 - Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil. - Google Patents

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ES2371633T3 ES03780243T ES03780243T ES2371633T3 ES 2371633 T3 ES2371633 T3 ES 2371633T3 ES 03780243 T ES03780243 T ES 03780243T ES 03780243 T ES03780243 T ES 03780243T ES 2371633 T3 ES2371633 T3 ES 2371633T3
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Jean-Marie Pierret
Michel Fakes
Dirk Schulte
Jean Julien Pfiffer
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Abstract

Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil, que incluye: - un cojinete trasero (4), - un rotor (1) centrado y fijado en un árbol de rotación (2) soportado por al menos el cojinete trasero (4), - incluyendo el cojinete trasero (4) troneras radiales (4a, 4d) de salida de un fluido de enfriamiento, - un estator (3) que rodea el rotor, - incluyendo el estator un bobinado de inducido (7) que comprende devanados que constituyen fases de la máquina eléctrica, - un circuito electrónico (15) de potencia conectado a los devanados de las fases del estator y que incluye componentes electrónicos de potencia colocados sobre pistas (25), - un puente disipador de calor (16) que incluye, por una parte, una primera cara sobre la cual está montado el circuito electrónico de potencia y, por otra parte, una segunda cara, opuesta a dicha primera cara y orientada hacia el cojinete trasero, - formando dicha segunda cara una pared longitudinal de un paso (17) de desplazamiento de fluido de enfriamiento, estando formada otra pared longitudinal de este paso (17) por el cojinete trasero (4) que soporta el estator; caracterizado porque el puente disipador forma una parte sobre-elevada (16) por encima del cojinete trasero (4) y la segunda cara del puente disipador de calor (16) incluye medios de enfriamiento (18) dispuestos en el paso (17) de desplazamiento del fluido y destinados al enfriamiento de dichos componentes electrónicos de potencia, y porque dichas pistas (25) sobre las cuales están colocados dichos componentes electrónicos de potencia son solidarias al puente disipador de calor.

Description

Grupo alternador-motor de arranque de vehiculo automóvil
5 Sector de la invención
La invención se refiere a un dispositivo de enfriamiento de la electrónica de potencia integrada detrás de un grupo alternador-motor de arranque de un vehículo automóvil. La invención encuentra aplicaciones en el sector de la industria del automóvil y, en particular, en el sector de los alternadores y grupos alternador-motor de arranque para vehículos automóviles.
Estado de la técnica
En un vehículo automóvil, el alternador permite transformar un movimiento de rotación del rotor de inductor,
15 impulsado por el motor térmico del vehículo, en una corriente eléctrica inducida en el bobinado de inducido del estator polifásico. En general, este estator incluye tres devanados de fase, de modo que el alternador es de tipo trifásico. Las tres fases del inducido se conectan a un puente rectificador. Este puente rectificador incluye tres ramas que comprenden, cada una, al menos dos diodos conectados a cada fase. Ahora bien, estos diodos generan calor. Clásicamente, el puente rectificador puede disipar una energía de aproximadamente 150 vatios. Debe pues enfriarse para que se evite todo recalentamiento de los diodos.
En la figura 1, se ha representado un ejemplo de la parte trasera de un alternador clásico. Este alternador incluye un rotor 1 fijado en un árbol de rotación 2, cuyo eje de rotación tiene la referencia A y constituye el eje de la máquina tal como es visible también en el documento DE A 19705228. Este rotor 1 está rodeado por un estator 3 que incluye un 25 circuito magnético 8 y un bobinado de inducido 7. El estator 3, mediante su circuito 8 y su bobinado 7, genera una corriente alterna. El bobinado de inducido incluye devanados de fase conectados en estrella y/o en triángulo. Cada uno de estos devanados incluye una salida conectada hacia el puente rectificador. La corriente generada en el estator 3 se rectifica por medio del puente rectificador que incluye diodos 9. Este estator 3 está soportado por un cojinete trasero 4 y un cojinete delantero (no representado). El árbol de rotación 2 es mantenido por los dos cojinetes por medio de rodamientos 6. Como se describe en el documento DE A 019705228, el circuito magnético 8 incluye un cuerpo de estator en forma de paquete de chapas, que de manera conocida incluye muescas, ventajosamente de tipo semicerrado, para montaje de los devanados de las fases atravesando el cuerpo del estator y extendiéndose a ambos lados del cuerpo para formar rodetes. En este documento se ve el cojinete delantero del alternador, así como su polea, destinada a ser impulsada en rotación por el motor térmico del vehículo mediante una transmisión que
35 incluye al menos una correa, y los ventiladores internos llevados por el rotor e implantados radialmente por debajo de los rodetes, para ventilación interna del alternador. Para ello los cojinetes, de forma hueca, presentan troneras de entrada y de salida de la manera descrita más adelante. El ventilador trasero, que lleva la referencia 5 en la figura 1, es ventajosamente más potente que el ventilador delantero.
En este alternador, una parte de los elementos disipadores, a saber los diodos positivos 9 del puente rectificador, están montados en un puente disipador de energía calorífica 10. Este puente disipador de calor incluye aberturas 10a-10d, llamadas también troneras, por las cuales circula aire de enfriamiento.
Los diodos 9 se conectan eléctricamente a un conector 14 que incluye también pasos de aire 14a-14f.
45 Además, el puente disipador 10 incluye, sobre su cara superior, aletas 13 que favorecen el enfriamiento del puente disipador 10.
Más precisamente, el alternador de la figura 1 incluye, en su parte trasera, una caperuza 11 que viene a rodear y proteger una electrónica de potencia del alternador que corresponde concretamente al puente rectificador. Para permitir el paso del aire al interior de la caperuza 11, ésta está provista de aberturas 12a-12d, llamadas también troneras. Estas aberturas se colocan principalmente en la parte superior de la caperuza 11. Además, el ventilador trasero 5 fijado en el árbol de rotación 2 o en el rotor 1 permite aspirar el aire al interior del alternador. Este ventilador puede ser por ejemplo de tipo centrífugo o hélico-centrífugo. De esta manera, el aire, aspirado por el
55 ventilador 5, entra en la parte trasera del alternador por las troneras 12a-12d y, canalizado por las aletas 13, viene a rozar el disipador 10 y los diodos 9 y, por lo tanto, los enfría. El aire vuelve a salir a continuación radialmente por troneras 4a-4d realizadas en el cojinete trasero 4 del estator 3.
El aire se aspira pues principalmente por el eje del alternador al nivel de la caperuza de protección 11, y luego es rechazado lateralmente por las troneras del cojinete trasero 4 enfriando el puente rectificador, pero también las otras partes calientes del alternador tales como los rodetes del bobinado de inducido 7.
Para más precisiones, el camino recorrido por el flujo de aire de enfriamiento está representado, en la figura 1, por trazos y flechas discontinuos. Se consultará también el documento DE A 19705228 que describe un ejemplo de 65 realización de puente rectificador así como un ejemplo de realización del rotor en forma de rotor de garras. El documento DE A 10111295 describe otro tipo de puente rectificador. En estos dos documentos, los diodos negativos
son llevados por el cojinete trasero, estando montados sobre una placa fijada en el cojinete trasero o enmangados en él, mientras que los diodos positivos están montados sobre una placa, a distancia de los diodos negativos. En el documento DE A 10011295 esta placa está dotada de aberturas. Esta placa corresponde al disipador 10 de la figura 1, siendo los diodos 9 de la manera antes citada los diodos positivos.
5 Actualmente, existen también alternadores reversibles, que pueden constituir un motor eléctrico que permite impulsar en rotación, mediante el árbol del rotor solidario a la polea del alternador, el motor térmico del vehículo. Tal alternador reversible se llama grupo alternador-motor de arranque, o también alternador-motor arranque, y permite transformar la energía mecánica en una energía eléctrica, y viceversa. Así pues, un grupo alternador-motor de
10 arranque puede arrancar el motor del vehículo automóvil, constituir un motor auxiliar que permite ayudar al motor térmico del vehículo para impulsar este vehículo automóvil.
En ese caso, el puente rectificador situado a la salida del inducido del grupo alternador-motor de arranque, es decir, conectado a cada fase del inducido, sirve también de puente de mando de las fases del grupo alternador-motor de
15 arranque. Este puente rectificador incluye tres ramas que comprenden entonces, cada una, al menos dos transistores de potencia de tipo MOS. Los transistores de este puente rectificador son controlados cada uno por una unidad de mando. Esta unidad de mando se puede realizar de distintas maneras. Generalmente, esta unidad de mando incluye un controlador asociado a un comparador y a otros componentes electrónicos. Un puente rectificador así realizado a partir de transistores de potencia y unidades de mando disipa una energía menos importante que la
20 disipada por un puente de diodos. En efecto, cuando el puente rectificador funciona en modo rectificador, y no en modo mando, entonces los transistores de potencia se controlan de manera sincrónica. Para más precisiones, se consultará por ejemplo el documento EP A 1134886. Sin embargo, la energía disipada es a pesar de todo del orden de 50 vatios y el puente rectificador debe pues también enfriarse.
25 Ahora bien, las unidades de mando tales como las que vienen a describirse tienen una aparatosidad relativamente importante, de modo que el montaje de estas unidades de mando y transistores de potencia sobre un puente disipador no deja mucho espacio, sobre el puente disipador, para troneras. No es pues posible enfriar el puente de transistores de potencia mediante una circulación de aire como la mostrada en la figura 1.
30 Dicho de otro modo, la disposición explicada anteriormente requiere realizar pasos de aire axiales a través del puente disipador y el conector, lo que reduce el espacio disponible para colocar componentes electrónicos. En realidad, el espacio disponible es suficiente para colocar un puente rectificador de diodos, pero insuficiente para una electrónica de potencia más importante. En particular, en el caso de un grupo alternador-motor de arranque, la electrónica de potencia es tal que cada diodo del puente rectificador es sustituido por al menos al transistor y una
35 unidad de mando.
Para solucionar este problema de espacio, la solicitud de patente EP-A-1032114 propone un dispositivo de enfriamiento de la electrónica de potencia de un grupo alternador-motor de arranque, en el cual los elementos disipadores están constituidos por un apoyo adosado sobre el cojinete trasero del grupo alternador-motor de
40 arranque, incluyendo este cojinete trasero canales para el paso del aire de enfriamiento. Es decir, en este dispositivo, el puente disipador se adosa contra el cojinete trasero, que incluye, sobre su cara trasera externa, aletas de refrigeración. El aire llega pues lateral o radialmente y enfría por convección, por una parte, el cojinete trasero que lleva las aletas y, por otra parte, el puente disipador sobre el cual está montada la electrónica de potencia. Además, el puente disipador es enfría también por conducción por las aletas del cojinete trasero con las cuales está
45 en contacto mecánico.
Sin embargo, en tal dispositivo, es necesario que el puente disipador, o apoyo, esté bien adosado contra el cojinete para que se pueda hacer el enfriamiento de la electrónica de potencia. En efecto, si existe un entrehierro cualquiera entre el apoyo y la superficie del cojinete, entonces la conducción térmica no se hace o se hace mal entre el apoyo y
50 el cojinete y, por lo tanto, el enfriamiento de la electrónica de potencia sólo es parcial.
Además, si el cojinete trasero está muy caliente, será también difícil enfriar por convección el puente disipador.
Exposición de la invención
55 Un objetivo de la invención es remediar los inconvenientes de las técnicas expuestas anteriormente y propone un dispositivo de enfriamiento mejorado y más fiable de la electrónica de potencia de un grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil, en el cual el fluido de enfriamiento se introduce lateralmente por la parte trasera de la máquina y circula por un paso de desplazamiento del fluido formado entre el puente disipador y el cojinete trasero
60 del grupo alternador-motor de arranque.
A tal efecto, la invención propone un grupo alternador-motor de arranque para vehículo automóvil tal como se define en la reivindicación 1 adjunta a la presente.
65 En una forma de realización los medios de enfriamiento incluyen aletas.
En otra forma de realización los medios de enfriamiento incluyen columnas por ejemplo de sección circular o con forma de rombo.
Gracias a esta disposición se pueden mecanizar fácilmente los extremos libres de las columnas de modo que estas 5 columnas, en un modo de realización, entren en contacto con el cojinete trasero. Estas columnas rigidizan el puente disipador de calor.
Como variante, la segunda cara del puente disipador está perfilada por ejemplo tendiendo a una porción abombada, para desviar el fluido y/o para crear un efecto Venturi.
Todas las combinaciones son posibles.
Por ejemplo las columnas se pueden combinar con las aletas, incluyendo los medios de enfriamiento en parte columnas y aletas.
15 Así pues, siendo los medios de enfriamiento mecánicamente solidarios al puente que lleva la electrónica de potencia y no solidarios al cojinete trasero, el enfriamiento de la electrónica de potencia se garantiza cualquiera que sea el calor producido por el cojinete trasero. En efecto, el dispositivo según la invención permite realizar un desacoplamiento térmico entre el cojinete trasero y el puente disipador de modo que el calor no se pueda propagar por conducción. Del mismo modo, según la invención, el enfriamiento por convección de la segunda cara del puente disipador permite enfriar una electrónica de potencia que incluya numerosos componentes electrónicos.
La invención es completada ventajosamente por las distintas características siguientes, tomadas solas o según todas sus combinaciones posibles:
-
los medios de enfriamiento, como las aletas y/o las columnas, están dispuestos radialmente en la dirección del flujo del fluido de enfriamiento para reducir las pérdidas de carga;
-
los medios de enfriamiento, como las aletas y/o las columnas, forman canales de enfriamiento radialmente orientados para enfriar bien el puente disipador por toda su extensión radial;
-
el cojinete trasero lleva deflectores colocados a la salida de las troneras radiales del cojinete trasero para que el fluido de enfriamiento que sale por las troneras radiales o laterales del cojinete trasero no sea retomado por el flujo que entra radialmente del fluido de enfriamiento. Se evita así una recirculación del flujo del fluido de enfriamiento;
-
una caperuza de protección cubre la electrónica de potencia y el puente disipador e incluye al menos un extremo sobre-elevado para formar un deflector;
-
la caperuza de protección incluye al menos una abertura para el paso del fluido;
-
al menos un hueco entre el árbol de rotación y el puente disipador forma un paso axial de desplazamiento del fluido;
-
el puente disipador forma un nivel intermedio sobre el cojinete trasero del estator; 45
-
el puente disipador se fija en el cojinete del estator por tirantes de montaje;
-
el puente disipador se fija sobre el cojinete trasero por medio de espigas solidarias al cojinete trasero o al puente disipador;
-
una capa de material eléctricamente aislante se coloca entre el puente disipador y el cojinete trasero;
-
los extremos axiales de las aletas y/o columnas solidarias al puente disipador están situados a distancia del
cojinete trasero; 55
-
el disipador, que comprende los medios de enfriamiento, y el puente, que lleva la electrónica de potencia, son monobloque;
-
el disipador, que comprende los medios de enfriamiento, está unido al puente que lleva la electrónica de potencia para formar un puente disipador de dos piezas;
-
los componentes de potencia se colocan sobre pistas;
-
las pistas son solidarias al puente disipador de calor; 65
-
las pistas se aíslan eléctricamente del puente disipador de calor.
Las columnas y/o las aletas pueden consistir al menos en parte en tubos de calor.
En una forma de realización, el ventilador trasero comprende al menos dos partes superpuestas, como se describe 5 por ejemplo en el documento FR A 2741912, para aumentar el número de palas y la potencia del ventilador.
Los medios de enfriamiento según la invención incluyen al menos un saliente dirigido hacia el cojinete trasero y solidario a la segunda cara del puente.
Breve descripción de las figuras
La figura 1, ya descrita, representa la parte trasera de un alternador clásico con un dispositivo de enfriamiento clásico.
15 La figura 2 representa la parte trasera de un grupo alternador-motor de arranque en el cual la introducción y la salida del fluido de enfriamiento se hace lateralmente.
La figura 3 representa la parte trasera de un grupo alternador-motor de arranque con el nivel intermedio sobre el cual se coloca la electrónica de potencia.
Las figuras 4 6, 8 y 10 son vistas parciales desde abajo de la cara inferior del puente disipador de calor vuelto hacia el cojinete trasero para distintos modos de realización.
La figura 7 es una vista de la sección de una columna, que constituye un medio de enfriamiento según la invención, 25 para una variante de realización.
Las figuras 9 y 11 son vistas en corte según las líneas IX-IX y XI-XI respectivamente de las figuras 8 y 10.
La figura 12 es una vista parcial en corte del montaje del puente disipador sobre el fondo del cojinete trasero.
Descripción detallada de modos de realización de la invención
En estas figuras los elementos comunes estarán afectados por los mismos signos de referencia.
35 La figura 2 representa una vista de lado en corte de la trasera de un grupo alternador-motor de arranque que incluye un dispositivo de enfriamiento según la invención. Al igual que los grupos alternador-motor de arranque conocidos, el grupo alternador-motor de arranque representado en la figura 2 incluye un rotor 1 fijado en un árbol de rotación 2 de eje A. Este rotor 1 está rodeado por el estator 3 dotado de un cuerpo 8 en forma de paquete de chapas con muescas atravesadas por los devanados del bobinado de inducido 7. El estator 3 está soportado por el cojinete trasero 4 y el cojinete delantero (no representado), que mantienen el árbol de rotación 2 por medio de rodamientos 6. El rotor es por ejemplo un rotor de garras, como se describe en los documentos DE A 19705228 o EP A 0515259 los cuales se consultarán para más precisiones. Como variante, este rotor es de polos salientes por ejemplo de tipo híbrido de polos salientes, que se alternan circunferencialmente con imanes permanentes como se describe en el documento WO 02/054566 el cual se consultará.
45 Como se explica anteriormente, el grupo alternador-motor de arranque incluye un puente rectificador de transistores de potencia MOS, asociado a unidades de mando, llamadas controladores, de estos transistores de potencia. Este puente rectificador y estas unidades de mando forman juntos la electrónica de potencia, llamada circuito electrónico de potencia del grupo alternador-motor de arranque, referencia 15 en la figura 2. Esta electrónica o circuito de potencia 15 está montada sobre la cara superior, llamada primera cara, de un puente disipador de calor 16 descrito más adelante.
Según la invención, la cara inferior, llamada segunda cara, axialmente orientada hacia el cojinete trasero 4 de la máquina eléctrica de este puente disipador de calor 16, forma una pared de un paso longitudinal, o radial, de desplazamiento 17 del fluido de enfriamiento en el grupo alternador-motor de arranque. La otra pared de este paso
55 17 está formada pues por la cara superior del cojinete trasero 4 descrito más adelante.
Según la invención, la caperuza de protección 11 incluye aberturas 19 situadas enfrente del paso de desplazamiento
17. Estas aberturas se comunican con la periferia externa del paso 17. De esta manera, el fluido de enfriamiento, en particular el aire, se introduce en la trasera del grupo alternador-motor de arranque por estas aberturas 19 y luego circula por el paso 17, por debajo del puente disipador 16, enfriando la electrónica de potencia 15. Un ventilador trasero 5, fijado en el árbol de rotación 2 o en el rotor 1, garantiza la aspiración del aire al interior del paso 17. Las aberturas 19 están ventajosamente repartidas circunferencialmente de manera regular en la periferia externa de la caperuza 11.
65 Así realizado, el puente disipador 16 de calor forma un nivel intermedio sobre el cojinete trasero 4. La figura 3, que representa una vista de perfil del dispositivo de enfriamiento de la invención, muestra bien este nivel intermedio. Esta figura 3 se describirá con todo detalle más adelante.
Según la invención, el puente disipador 16 incluye, sobre su cara inferior, medios de enfriamiento 18.
5 Dicho de otro modo, la cara inferior del puente 16 se configura para formar medios de enfriamiento 18.
Estos medios de enfriamiento 18 están dispuestos en el paso 17 y garantizan el desplazamiento del fluido de enfriamiento según un camino elegido, es decir, de modo que el fluido penetre lo más cerca posible del árbol de rotación para rozar lo mejor posible la cara inferior del puente disipador. Así la cara inferior del puente disipador se enfría por toda la distancia radial situada entre la periferia externa y la periferia interna próxima al árbol, del puente disipador.
En la figura 3 el disipador 16 presenta una forma de U. Este disipador 16 presenta pues dos ramas 161, 162 y un cabezal 163 que conecta entre sí las ramas 161, 162.
15 Un paso axial central 22, que delimita la periferia interna del disipador, está presente entre las dos ramas 161, 163. Este paso está delimitado también por la periferia interna 165 del cabezal 163. Este paso central 22 está atravesado por el eje A y está dimensionado para ser mayor que el tamaño del árbol 2.
Gracias a este paso 22 el fluido penetra lo más cerca posible del árbol 2 de la manera descrita más adelante.
En esta figura 3 este disipador es de forma hueca de modo que presenta un fondo 160 con forma de U, cuyo perímetro está delimitado por un reborde 166 aquí perpendicular a fondo 160 de orientación transversal con relación al eje A.
25 El paso axial 22 está así en forma de canal.
En las figuras 2 y 3 los medios de enfriamiento consisten en aletas de refrigeración 18.
Las aletas adyacentes forman canales radiales que guían el fluido de enfriamiento por el paso 17 que se comunica con el paso 22.
Estos canales se ensanchan yendo de la periferia interna del disipador 16 a la periferia externa de éste. Estas periferias interna y externa del disipador 16 delimitan el paso 17 en asociación con el cojinete trasero 4. Las aletas
35 son aquí de orientación radial con relación a un centro definido por el eje A y tienen aquí una altura constante.
Así pues, estos canales incluyen una cara inferior formada por el cojinete trasero, los dos lados enfrente de dos aletas adyacentes así como el fondo 160 en U del puente disipador formado entre dos aletas adyacentes. Ventajosamente el disipador, que comprende las aletas, y el puente, que lleva la electrónica de potencia, son monobloques formando así un puente disipador monobloque.
Las aletas proceden por ejemplo de un moldeado con el puente disipador y son ventajosamente finas para aumentar el número de ellas y mejorar la superficie de intercambio térmica aquí con el aire.
45 Como variante, el disipador puede estar unido al puente que lleva la electrónica de potencia formando así un puente disipador de dos piezas. Este fluido se evacua a continuación por troneras 4a-4d realizadas en el cojinete trasero 4. Estas troneras 4a-4d son, preferiblemente, idénticas a las realizadas en un cojinete de alternador, como se muestra en la figura 1. Ventajosamente, las aletas 18 están dispuestas radialmente en la dirección del flujo del fluido que se concentra hacia las troneras centrales 4b y 4c del cojinete trasero 4 de forma hueca.
Más precisamente, este cojinete 4 incluye un fondo 40 perforado centralmente para el paso del árbol 2. Este fondo presenta un alojamiento para el montaje del rodamiento de bolas 6 de apoyo del árbol 2 y está prolongado por su periferia externa por un reborde anular 41. El fondo 40 y el reborde 41 son respectivamente de orientación transversal y de orientación axial con relación al eje A.
55 La cara superior antes citada del cojinete 4 está constituida pues por la cara superior del fondo 40, que constituye una de las paredes del paso 17.
El reborde 41 lleva internamente el cuerpo 8 del estator 3.
Las troneras centrales 4b, 4c pertenecen al fondo 40, mientras que las otras troneras, a saber las troneras laterales
o radiales 4a, 4d, pertenecen al reborde 41.
En esta figura 3 no se hace referencia más que a una 4b de las troneras centrales y a una 4a de las troneras
65 laterales. Las troneras centrales, cerca de la abertura central del fondo 40, están en forma de ventana, mientras que las troneras laterales están en forma oblonga e implantadas radialmente por encima de la parte, llamadas rodete, de los devanados del bobinado de inducido 7 saliente con relación al cuerpo 8. Gracias pues a estas troneras laterales el bobinado se enfría bien.
Así pues, en la invención, el aire (o cualquier otro fluido de enfriamiento) es aspirado lateralmente por las aberturas
5 19 en el grupo alternador-motor de arranque y pasa hacia las troneras centrales 4b y 4c del cojinete 4 rozando al mismo tiempo los elementos de enfriamiento del puente disipador, es decir, las aletas 18, sobre toda su longitud antes de evacuarse por las troneras laterales 4a y 4d del cojinete 4. Así pues, la electrónica de potencia 15, más precisamente los componentes de ésta, es enfriada por conducción, después de un enfriamiento del puente disipador 16, mediante los medios de enfriamiento 18 aquí en forma de aletas 18.
Además, como el puente disipador 16 y la electrónica o circuito electrónico de potencia 15 están a distancia del árbol de rotación, existe, entre este árbol de rotación 2 y el puente disipador 16, un hueco 22 por el cual el aire puede también circular. Este hueco 22 forma un canal axial de desplazamiento del fluido. Según un modo de realización de la invención, las troneras centrales 23a y 23b se realizan en la caperuza de protección 11. El aire entonces se aspira
15 por estas troneras 23a y 23b en el grupo alternador-motor de arranque, y luego se pasa por el hueco 22 a lo largo del árbol de rotación 2 y se incorpora al paso de desplazamiento 17 bajo el puente disipador 16. De esta manera, la electrónica de potencia es enfriada, por una parte, lateralmente por el paso 17 y, por otra parte, axialmente por el hueco 22. Este desplazamiento de aire axial suplementario que transita por el hueco 22 permite por otro lado obtener un mejor enfriamiento de partes internas del alternador, tales como los rodamientos de bolas 6 y los rodetes de los devanados del bobinado de inducido 7, por un aumento del caudal de aire global en la máquina.
El camino de desplazamiento del fluido de enfriamiento detrás del grupo alternador-motor de arranque está representado por flechas y trazos discontinuos, en la figura 2.
25 Según un modo de realización preferido de la invención, los deflectores 24 se colocan aguas abajo de las troneras 4a y 4d realizadas en el cojinete trasero 4, más precisamente en la figura 2 axialmente aguas abajo del borde trasero 42 de las troneras 4a y 4d cerca del fondo 40. Estos deflectores 24 permiten alejar el flujo de fluido de entrada del flujo de fluido de salida para que el fluido que sale del grupo alternador-motor de arranque no sea reintroducido inmediatamente en el paso 17. Se evita así una recirculación importante del fluido caliente procedente del interior del grupo alternador-motor de arranque.
Estos deflectores 24, colocados a la salida de las troneras laterales 4a y 4d del cojinete 4, son llevados por el cojinete trasero. Así en un modo de realización los deflectores se pueden fijar en el cojinete 4, en las proximidades de las troneras laterales 4a y 4d del cojinete. Pueden también ser llevados por el cojinete trasero estando realizados
35 en la caperuza de protección 11, por ejemplo sobre-elevando el extremo libre de la caperuza de protección, como se representa en la figura 2.
Esta caperuza, llevada por el cojinete 4 y ventajosamente de material plástico, es de forma hueca como el cojinete trasero 4. Incluye pues (figura 2) un fondo 110, de orientación transversal con relación al eje A, prolongado por su periferia externa por un reborde 111 anular de orientación axial con relación al eje A.
Las troneras centrales 23a y 23b se realizan en el fondo 110, mientras que las aberturas 19, en forma de troneras, se realizan en el reborde 111.
45 Los deflectores 24 se conectan aquí entre sí para formar el extremo libre del reborde 111 de forma ensanchada, lo que hace fácil el montaje de la caperuza sobre el reborde del cojinete trasero. La base 124 de este extremo 24, que facilita el montaje de la caperuza 11, se implanta axialmente, aquí ligeramente, replegada con relación al borde delantero 43 de las troneras 4a, 4b. Esta base 124 se implanta pues axialmente entre los bordes 42, 43. Como variante, el extremo libre del reborde incluye una alternancia de porciones ensanchadas, es decir, sobre-elevadas, a la salida de las troneras 4a, 4b y de porciones no sobre-elevadas o achaflanadas para facilitar el montaje de la caperuza. Como variante, el reborde 111 de la caperuza presenta un reborde saliente radialmente y perfilado en función del cárter del motor del vehículo para formar un deflector. Este reborde, que forma un medio de compartimentación, se coloca aguas arriba de las troneras y aguas abajo de las aberturas como se describe en el documento EP A 0740400.
55 En el modo de realización de la invención representado en la figura 2, la caperuza de protección 11 envuelve toda la parte trasera del grupo alternador-motor de arranque, es decir envuelve la electrónica de potencia 15 montada sobre el puente disipador 16 y la totalidad del cojinete trasero 4. En ese caso, la caperuza de protección 11 puede incluir troneras situadas aguas abajo de las troneras laterales del cojinete trasero y destinadas a dejar evacuar el fluido fuera del grupo alternador-motor de arranque. Puede también incluir, además o en lugar de estas troneras, uno o más deflectores 24 enfrente de las troneras laterales 4a, 4d. Éstos se pueden realizar en la propia caperuza.
La caperuza de protección 11 puede también envolver la electrónica de potencia montada sobre el puente disipador y la parte superior del cojinete 4, es decir que no envuelve los lados laterales del cojinete que incluyen las troneras
65 4a y 4d. En ese caso, los deflectores pueden fijarse en el cojinete 4 o bien realizarse sobre-elevando el extremo libre de la caperuza.
Según una característica, el puente disipador 16 se fija en el cojinete trasero 4 por medio de tirantes o pernos de unión 20. Según un modo de realización, los tirantes o pernos de unión, generalmente los medios de montaje 20, son los mismos que los utilizados para fijar habitualmente el cojinete 4 con el circuito magnético 8 del estator 3, es
5 decir, los mismos tirantes que los mostrados en la figura 1. Estos tirantes, por ejemplo en forma de tornillos largos, son visibles por ejemplo en la figura 1 del documento EP A 0515259.
En otro modo de realización de la invención, el puente disipador 16 se fija en el cojinete 4 por medio de espigas 21 de fijación. Estas espigas de fijación pueden ser solidarias al puente disipador 16 o al cojinete 4.
En la figura 3, se ha representado, de perfil, el dispositivo de enfriamiento del grupo alternador-motor de arranque, solo. Es decir, el rotor, el estator y el árbol de rotación no están representados en esta figura 3. Se ve pues en esta figura 3, el cojinete trasero 4 con el puente disipador 16 que forma un nivel intermedio sobre el cojinete 4. En el modo de realización de esta figura, el nivel intermedio se fija en el cojinete 4 por medio de espigas de fijación 21.
15 Estas espigas de fijación son al menos dos. Se distribuyen entre las aletas 18. Las espigas 21 se establecen en las proximidades de la periferia externa del brazo 40, es decir, radialmente sobre las troneras centrales 4b.
En esta figura 3, se ve que las aletas 18 son axialmente más cortas que las espigas y que no están en contacto físico, ni en contacto eléctrico, con el cojinete trasero 4. Por ejemplo, un hueco de 2 mm puede separar los extremos axiales de las aletas 18 y el fondo 40 del cojinete trasero 4.
En el ejemplo de la figura 3, el puente disipador 16 constituye aproximadamente 3/4 de la superficie del fondo del cojinete 4, alrededor del árbol de rotación. Sobre la cara superior de este puente 16, los componentes 15 constituyen la electrónica de potencia del grupo alternador-motor de arranque. Hay que tener en cuenta que la superficie del
25 puente disipador puede variar en función del número y el tamaño de los componentes que se deben montar.
Con la disposición del dispositivo de enfriamiento que acaba de describirse, es posible conectar el alternador y el puente rectificador, cada uno, a una masa que puede ser diferente para uno y para otro.
Además, la máquina eléctrica puede incluir una capa de material eléctricamente aislante, colocada entre la cara inferior del puente disipador y el cojinete trasero, para evitar todo riesgo de contacto eléctrico entre estos dos elementos. Ventajosamente, esta capa de materiales aislantes se fija en la cara externa del cojinete trasero e incluye también troneras de paso de aire enfrente de las del cojinete trasero para el paso del fluido de enfriamiento.
35 Por ejemplo se recurre a un substrato metálico aislado que consiste en una suela metálica recubierta de un aislante polimérico y luego de una hoja de material conductor, tal como cobre, que se graba a continuación para formar el circuito eléctrico aislado. A continuación se interpone aluminio entre el disipador y el substrato aislado. Para más precisiones se consultará el documento EP A 1032114.
Aquí una única pista 26 lleva los componentes electrónicos en forma de pulgas o chips, llamadas pulgas positivas, que definen los semi-puentes positivos como se describen en el documento EP A 1032114 antes citado. Esta pista 26, con forma de U, está prolongada por una tira 27 conformada para formar el terminal positivo del grupo alternador-motor de arranque. Las pistas 25 llevan cada una las pulgas, llamadas pulgas negativas, que definen un semi-puente negativo y se conforman para presentar, cada una, una pata de engarce 28 que sirve para la fijación del
45 devanado en cuestión del bobinado de inducido. Las pulgas, tales como transistores de tipo MOSFET, son conectadas por conexiones cableadas. Las pulgas negativas se conectan a tierra. El terminal negativo no es visible. Sin embargo, ventajosamente se aísla eléctricamente el puente del cojinete trasero para evitar perturbaciones cuando el alternador funciona en modo motor eléctrico.
Todo eso depende de las aplicaciones.
Por supuesto la presente invención no se limita a los ejemplos de realización descritos.
En particular se pueden adoptar disposiciones para reducir las pérdidas de carga en el paso 17 y evitar, 55 concretamente, las recirculaciones de fluido al interior del mismo.
Así, como variante, las aletas 18 son axialmente de altura decreciente. Por ejemplo las aletas 18 son más altas axialmente en la periferia interna del paso 17 que en la periferia externa del paso 17 para tener una velocidad de desplazamiento del aire lo más constante posible.
Como variante, entre dos aletas consecutivas que pertenecen a una primera serie de aletas que se extienden de la periferia externa a la periferia interna del paso 17, está prevista al menos una aleta radialmente más corta.
Como variante, al menos algunas de las aletas 18 están ranuradas de modo que entre las dos caras de una aleta 18
65 se crea una circulación de aire que va del lado o la presión estática que sea más fuerte hacia el lado o la que sea más baja. Se impide así un desprendimiento de la capa límite del fluido de enfriamiento aquí del aire, y recirculaciones de este fluido en sentido opuesto.
Se disminuyen así las pérdidas de carga y se mejora el enfriamiento del puente disipador 16.
5 Las ranuras son rectas o inclinadas con relación al fondo 160 al disipador 16. Las aletas están así en una variante partidas en al menos dos partes.
Las aletas pueden tener una forma sinuosa.
Algunas al menos de las aletas pueden ser sustituidas por columnas de modo que los medios de enfriamiento puedan incluir aletas y columnas.
Todas las combinaciones son posibles como es visible en las figuras 4 a 12.
15 Así en la figura 4 se ven en 18 dos aletas de orientación radial que delimitan un canal del paso 17 según la invención. Entre estas dos aletas 18 consecutivas que pertenecen a una primera serie de aletas se encuentra al menos una aleta 181, aquí tres aletas, que pertenecen a una segunda serie de aletas radialmente más cortas.
Las aletas 181 están implantadas en la periferia externa del paso 17. Se implantan otras aletas 182 en la periferia interna del paso 17 entre las dos aletas consecutivas 18. Estas aletas, aquí en número de tres, globalmente se alinean radialmente con las aletas 181 de modo que existen ranuras entre las aletas 181, 182 radialmente alineadas globalmente.
Estas ranuras son, en un modo de realización, de poca anchura. Aquí las ranuras son de anchura importante de
25 modo que se implantan dos hileras circunferenciales 281, 282 de columnas radialmente entre las aletas 181 y 182. Estas columnas se implantan sobre dos circunferencias y son aquí de sección circular, como variante de sección de forma oval o con forma de rombo, como es visible en 381 en la figura 7 en la cual se ha representado mediante una flecha el camino del aire. Estas aletas están montadas a tresbolillo.
Como variante, como es visible en la figura 5, las aletas consecutivas 180 de la primera serie de aletas tienen una forma sinuosa, aquí curvada, para crear un efecto Venturi y optimizar la velocidad de desplazamiento de aire.
En ese caso el número de aletas 182, 282 es reducido, mientras que se aumenta el número de aletas 181, 281. La entrada del paso 17 entre las aletas 18 tiene circunferencialmente una dimensión superior a la salida de este paso.
35 Todas estas disposiciones permiten mejorar la superficie de intercambio térmico del disipador con el aire y administrar bien el desplazamiento de aire bajo la electrónica de potencia. Por otro lado eso facilita la fabricación del puente 16 ya que este puente no recurre solamente a aletas finas.
Por supuesto los medios de enfriamiento pueden incluir solamente columnas 481 como es visible en la figura 6.
Estas columnas, aquí de sección circular, pueden alinearse radialmente o estar circunferencialmente desalineadas como las columnas de las hileras 281, 282 de la figura 4 y como es visible en 581 en la figura 8. Como variante, las columnas son de sección rectangular. Eso vuelve de nuevo en estos casos a partir cada aleta 18 en una pluralidad
45 de partes separadas unas de otras por ranuras.
Se apreciará que las columnas refuerzan el comportamiento mecánico del disipador. Con columnas, resulta posible mecanizar los extremos libres de las mismas de modo que, en un modo de realización, las columnas estén en contacto con el fondo 40 del cojinete 4. Este contacto es directo o, como variante, indirecto, estando interpuesta una capa térmicamente aislante, visible por ejemplo en 50 en la figura 12, entre los extremos libres de las columnas y el fondo 40 del cojinete trasero 4.
Algunas de estas columnas pueden constituir las espigas 21 de la figura 3, de modo que puede existir juego entre el fondo 40 del cojinete 4 y los extremos libres de estas otras columnas.
55 Por supuesto el fondo del disipador 16, más precisamente la cara inferior de éste vuelta hacia el fondo del cojinete trasero, puede incluir al menos una porción abombada como es visible en 280 en las figuras 10 y 11, para desviar el aire y crear un efecto Venturi en el paso 17 para optimizar la velocidad de desplazamiento del aire.
Esta disposición es otra forma de los medios de enfriamiento según la invención.
Las columnas en un modo de realización no tienen la misma sección.
Algunas de las columnas pueden estar internamente huecas, como es visible en 681 en la figura 12, de modo que
65 esta columna constituya una de las espigas de fijación 21 de la figura 3. Esta espiga puede estar atravesada por los tirantes o los tornillos de montaje 20 de la figura 2.
Algunas de estas columnas pueden consistir en tubos de calor que presentan una zona de condensación implantada en el paso 17 y una zona de evaporación que absorbe el calor y en contacto con la cara inferior del disipador 16.
5 Este tubo de calor es hueco internamente y está dotado de un recinto que contiene un fluido bajo presión, tal como agua. El recinto del tubo de calor es por ejemplo de cobre o de acero inoxidable o de níquel. Este tubo de calor toma el calor al nivel del disipador pasando de un estado líquido a un estado gaseoso. Devuelve el calor en el paso 17.
Por supuesto el disipador 16 está, como variante, en forma de herradura o en forma de corona.
10 Las ramas de este puente pueden formar módulos con su controlador asociado. Generalmente el circuito electrónico de potencia 15 incluye varios componentes y varias partes.
Pueden estar previstos uno o más controladores. Por ejemplo existe un único controlador para gobernar todas las
15 pulgas que constituyen interruptores gobernados. Como variante, existe un controlador por pulga a gobernar o un controlador por rama del puente. El disipador lleva así en un modo de realización toda la parte de potencia de la unidad de mando y de control del grupo alternador-motor de arranque, es decir, las pulgas y el o los controladores. La parte de control y de gestión, así como el regulador de tensión que controla el devanado de excitación del rotor, se montan en una caja externa.
20 El montaje del circuito electrónico 15 sobre el puente disipador se puede realizar como se describe en el documento WO 03/051095 el cual se consultará. Así este circuito incluye pistas metálicas, por ejemplo en cobre, destinadas a recibir las pulgas. Se inyecta resina, por ejemplo de tipo termoplástico, dejando aparecer, gracias a un molde, partes accesibles al nivel de las caras inferiores y superiores de las pistas para concretamente el montaje de las pulgas
25 sobre la cara superior de las pistas. La cara inferior accesible de las pistas está a la derecha de las pulgas.
A continuación se interpone un elemento conductor de calor y aislante eléctrico entre las pistas y el disipador 16. Este elemento puede ser resina epoxy o poliamida que presenta caras adhesivas. Como variante, se trata de un pegamento termoconductor que incluye bolas de vidrio.
30 A continuación se monta una caperuza de protección.
Se apreciará que el cojinete trasero no se modifica de manera profunda con relación al de la figura 1. Este cojinete carece de alojamiento para montar diodos negativos e incluye eventualmente espigas para la fijación del puente.
35 Los medios de enfriamientos son aquí de tipo mecánico e incluyen al menos un saliente que pertenece a la segunda cara del disipador 16 y montado en el paso 17.

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil, que incluye: 5
    -
    un cojinete trasero (4),
    -
    un rotor (1) centrado y fijado en un árbol de rotación (2) soportado por al menos el cojinete trasero (4),
    -
    incluyendo el cojinete trasero (4) troneras radiales (4a, 4d) de salida de un fluido de enfriamiento,
    -
    un estator (3) que rodea el rotor,
    -
    incluyendo el estator un bobinado de inducido (7) que comprende devanados que constituyen fases de la máquina 15 eléctrica,
    -
    un circuito electrónico (15) de potencia conectado a los devanados de las fases del estator y que incluye componentes electrónicos de potencia colocados sobre pistas (25),
    -
    un puente disipador de calor (16) que incluye, por una parte, una primera cara sobre la cual está montado el circuito electrónico de potencia y, por otra parte, una segunda cara, opuesta a dicha primera cara y orientada hacia el cojinete trasero,
    -
    formando dicha segunda cara una pared longitudinal de un paso (17) de desplazamiento de fluido de enfriamiento, 25 estando formada otra pared longitudinal de este paso (17) por el cojinete trasero (4) que soporta el estator;
    caracterizado porque el puente disipador forma una parte sobre-elevada (16) por encima del cojinete trasero (4) y la segunda cara del puente disipador de calor (16) incluye medios de enfriamiento (18) dispuestos en el paso (17) de desplazamiento del fluido y destinados al enfriamiento de dichos componentes electrónicos de potencia, y porque dichas pistas (25) sobre las cuales están colocados dichos componentes electrónicos de potencia son solidarias al puente disipador de calor.
  2. 2. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 1, caracterizado porque los
    medios de enfriamiento (18) están dispuestos radialmente en la dirección del flujo del fluido de enfriamiento. 35
  3. 3.
    Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los medios de enfriamiento incluyen aletas de refrigeración (18).
  4. 4.
    Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 3, caracterizado porque las aletas de refrigeración (18) forman canales de enfriamiento radialmente orientados.
  5. 5.
    Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de enfriamiento incluyen columnas (281, 282, 481, 381, 481, 581, 681).
    45 6. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios de enfriamiento incluyen aletas y columnas.
  6. 7.
    Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 6, caracterizado porque algunas al menos de las aletas tienen una forma sinuosa para crear un efecto Venturi.
  7. 8.
    Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque algunas de las columnas (681) constituyen espigas de fijación del disipador de calor (16) al cojinete trasero (4).
    55 9. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque las columnas y/o las aletas pueden consistir al menos en parte en tubos de calor.
  8. 10.
    Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de enfriamiento están formados con tendencia a al menos una porción abombada (280) de la segunda cara del disipador.
  9. 11.
    Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10, caracterizado porque los extremos axiales de las aletas solidarias al puente disipador están situados a distancia del cojinete trasero.
  10. 12. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cojinete trasero incluye un fondo (40) que forma una de las paredes del paso (17) de desplazamiento de fluido, porque este fondo (40) está prolongado por su periferia externa por un reborde (41) dotado de troneras laterales (4a-4d), y porque el cojinete trasero lleva al menos un deflector (24) colocado a la salida de las troneras laterales (4a-4d) del reborde (41) del cojinete trasero (4).
  11. 13. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 12, caracterizado porque incluye una caperuza de protección (11) de forma hueca que cubre el circuito electrónico de potencia (15) y el puente disipador (16) y porque el deflector (24) está formado en el extremo libre de la caperuza (11).
    10 14. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 13, caracterizado porque el extremo libre (24) de la caperuza (11) está ensanchado para formar el deflector.
  12. 15. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque
    la caperuza de protección (11) incluye al menos una abertura (19) que se comunica con el paso (17) de 15 desplazamiento del fluido de enfriamiento.
  13. 16. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye al menos un hueco entre el árbol de rotación del rotor y el puente disipador, que forma un paso axial de desplazamiento del fluido.
  14. 17. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el puente disipador está fijado en el cojinete trasero (4) por tirantes de montaje (20).
  15. 18. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según la reivindicación 17, caracterizado porque el 25 puente disipador está fijado sobre el cojinete trasero por medio de espigas (21) solidarias al puente disipador.
  16. 19. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye una capa de material eléctricamente aislante entre el puente disipador y el cojinete trasero.
  17. 20. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el puente disipador, que comprende los medios de enfriamiento, y el puente, que lleva el circuito electrónico de potencia, son monobloques.
    35 21. Grupo alternador-motor de arranque de vehículo automóvil según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las pistas (25) están aisladas eléctricamente del puente disipador de calor.
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