FR2952248A1

FR2952248A1 - Machine rotative electrique a controleur integre

Info

Publication number: FR2952248A1
Application number: FR1052071A
Authority: FR
Inventors: Hitoshi Isoda; Masahiko Fujita; Atsushi Takechi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: US20110101804A1; FR2952248B1; JP2011097806A; JP4851575B2; US8188626B2

Abstract

Machine rotative électrique à contrôleur intégré permettant d'améliorer le refroidissement, comprenant un stator (3) configuré avec un noyau de fer (3B) et un bobinage de stator (3A), un rotor (4) ayant un ventilateur de refroidissement (5), un circuit inverseur d'énergie (20) étant un appareil de commande appliquant un courant de stator au bobinage (3A), et une barre de bus (30) qui fournit au circuit (20) de l'énergie électrique d'une batterie, le circuit (20) comprenant un module de puissance (21) qui a une fonction de commutation du courant de stator, un dissipateur thermique (23) sur lequel le module (21) est monté par l'intermédiaire d'une couche isolante, et un boîtier isolant (25) qui incorpore le module (21) et contient les bornes respectives du module (21) ; et la barre (30) étant connectée aux bornes du circuit (20) et ayant une ailette de refroidissement.

Description

MACHINE ROTATIVE ELECTRIQUE A CONTROLEUR INTEGRE CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine rotative électrique à contrôleur intégré montée, par exemple, sur un véhicule, et particulièrement la structure de refroidissement d'un circuit inverseur d'énergie électrique utilisé en tant qu'appareil de commande pour une machine rotative électrique à contrôleur intégré.

Description de l'art connexe Dans la publication nationale de demande de brevet international N° 2008-543 261 intitulée : « An electric-power mutually connecting component for an electric rotating machine », il est décrit la configuration d'un moteur de génération d'énergie de véhicule pour fournir de l'énergie électrique à un véhicule et pour entraîner le moteur du véhicule. Dans le document de brevet susmentionné, il est décrit la configuration d'un composant de connexion réciproque d'énergie électrique pour entrer de l'énergie électrique et délivrer de l'énergie électrique d'un circuit inverseur d'énergie électrique monté sur une machine rotative électrique. Dans un moteur de génération d'énergie de véhicule tel que celui divulgué dans la publication nationale de demande de brevet international N° 2008-543 261, il existe un problème en ce qu'un courant électrique s'écoulant dans un composant de connexion réciproque d'énergie électrique génère de la chaleur ; cette chaleur est transférée à un module d'énergie de stator sous l'effet d'un transfert thermique ; et l'augmentation de température dans le module d'énergie de stator est accrue.

RESUME DE L'INVENTION Pour résoudre le problème précédent, la présente invention propose une machine rotative électrique à contrôleur intégré dans laquelle un élément pour entrer de l'énergie électrique d'une borne de batterie dans un circuit inverseur d'énergie et pour délivrer de l'énergie électrique du circuit inverseur d'énergie à la borne de batterie est configuré, en tant que barre de bus, avec un dissipateur thermique pour refroidir un module de puissance et avec d'autres composants, et la barre de bus est constituée en forme d'ailette de sorte que l'augmentation de température dans le module de puissance monté sur le dissipateur thermique soit réduite.

Une machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la présente invention comprend un stator configuré avec un noyau de fer supporté par un support et un bobinage de stator, un rotor ayant un ventilateur de refroidissement, un circuit inverseur d'énergie qui est un appareil de commande pour appliquer un courant de stator au bobinage de stator, et une barre de bus qui fournit au circuit inverseur de puissance de l'énergie électrique d'une batterie ; le circuit inverseur de puissance comprend un module de puissance qui a une fonction de commutation du courant de stator, un dissipateur thermique sur lequel le module de puissance est monté par l'intermédiaire d'une couche isolante, et un boîtier isolant qui incorpore le module de puissance et contient les bornes respectives du module de puissance ; la barre de bus est connectée aux bornes du circuit inverseur d'énergie et a une ailette de refroidissement. Dans une machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la présente invention, le module de puissance d'un circuit inverseur d'énergie, qui est un appareil de commande, est refroidi au moyen d'un dissipateur thermique sur lequel le module de puissance est monté, et une ailette est également formée sur une barre de bus, qui est un circuit d'entrée/sortie de courant pour le circuit inverseur d'énergie, de sorte que la capacité de refroidissement de la barre de bus proprement dite soit augmentée ; par conséquent, la chaleur générée dans le module de puissance peut être également rayonnée de la barre de bus, par le biais des bornes, du module de puissance, qui sont électriquement connectées au module de puissance. L'augmentation de température du module de puissance peut donc être réduite.

L'objet, les caractéristiques, les aspects et les avantages précédents ainsi que d'autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention vont devenir plus apparents à partir de la description détaillée suivante de la présente invention en référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue en coupe illustrant une machine rotative électrique à contrôleur intégré selon le mode de réalisation 1 de la présente invention ; la figure 2 est une vue en élévation d'un circuit inverseur d'énergie incomplet selon le mode de réalisation 1 en vue de l'arrière de celui-ci ; la figure 3 est une vue en élévation d'un circuit inverseur d'énergie complet, sur lequel une barre de bus est montée, selon le mode de réalisation 1 en vue de l'arrière de celui-ci ; la figure 4 est une vue en coupe transversale partiellement agrandie illustrant la structure pour connecter un circuit inverseur d'énergie à une barre de bus selon le mode de réalisation 1 ; la figure 5 est une vue en coupe transversale partiellement agrandie illustrant la relation positionnelle entre un module de puissance et une barre de bus selon le mode de réalisation 1 ; la figure 6 est une vue en coupe transversale partiellement agrandie illustrant une autre relation positionnelle entre un module de puissance et une barre de bus selon le mode de réalisation 1 ; la figure 7 est une vue en coupe transversale partiellement agrandie illustrant une voie de ventilation autour d'une barre de bus selon le mode de réalisation 1 ; et la figure 8 est une vue en élévation illustrant une barre de bus utilisée dans une machine rotative électrique à contrôleur intégré selon le mode de réalisation 2 de la présente invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Mode de réalisation 1 Sur les figures 1 à 7, une machine rotative électrique à contrôleur intégré selon le mode de réalisation 1 est pourvue d'un stator 3 supporté par un support configuré avec un support avant 1 et un support arrière 2 qui sont combinés de manière intégrale l'un à l'autre. Le stator 3 est configuré avec un noyau de fer de stator 3B et un bobinage de stator 3A enroulé autour du noyau de fer de stator 3B. Un rotor 4 est fourni de manière à faire face à la circonférence intérieure du stator 3. Le rotor 4 a un bobinage de champ magnétique 7 et tourne de manière à être fixe sur un arbre 6 supporté par un palier fourni dans le support avant 1 et un palier fourni dans le support arrière 2. Sur le rotor 4, il est monté un ventilateur de refroidissement 5 pour refroidir l'intérieur de la machine rotative électrique à l'air. Cette machine rotative électrique à contrôleur intégré a un circuit inverseur d'énergie 20 et une barre de bus 30 qui est jointe électriquement et mécaniquement au circuit inverseur d'énergie 20 et constituée d'un matériau métallique. Les détails de la relation entre le circuit inverseur d'énergie 20 et la barre de bus 30 vont être décrits ci-après en référence aux figures 2 et 3. Le circuit inverseur d'énergie 20 est destiné à fournir de l'énergie électrique de courant alternatif au bobinage de stator 3A ; la barre de bus 30 est destinée à entrer de l'énergie électrique d'une borne de batterie 11 (cf. figure 3) de la machine rotative électrique dans le circuit inverseur d'énergie 20 et à délivrer de l'énergie électrique du circuit inverseur d'énergie 20 à la borne de batterie 11. Le circuit inverseur d'énergie 20 et la barre de bus 30 sont incorporés au support arrière 2 et agencés plus près du côté arrière de la machine rotative électrique que le stator 3 et le rotor 4. Le circuit inverseur d'énergie 20 est maintenu par et fixé sur le support arrière 2. Derrière le support arrière 2, se trouve un boîtier en résine 41 sur lequel une carte de circuit de commande 40 pour commander le circuit inverseur d'énergie 20 est maintenue par et fixée sur le support arrière 2.

Une bague collectrice 8 est fournie sur l'arbre 6 ; un balai 9 entre en contact en coulissant avec la bague collectrice 8, de sorte qu'un courant soit fourni au bobinage de champ magnétique 7. Une poulie 12 est montée à l'extrémité avant de l'arbre 6 ; un capteur de détection de position de pôle magnétique 10 est monté à l'extrémité arrière de l'arbre 6. Le circuit inverseur d'énergie 20 est connecté à la carte de circuit de commande 40 par le biais d'un élément de sortie de ligne de signal 26.

Le circuit inverseur d'énergie 20 va être décrit en détail ci-après. La figure 2 est une vue en coupe transversale de côté avant illustrant un état dans lequel aucune carte de relais n'est montée sur le circuit inverseur d'énergie 20 et aucune résine étanche à l'eau n'est introduite dans le circuit inverseur d'énergie 20. La figure 3 est une vue en élévation illustrant un état dans lequel, après qu'une carte de relais est montée sur le circuit inverseur d'énergie 20 et une résine étanche à l'eau est introduite dans le circuit inverseur d'énergie 20, la barre de bus 30 est montée. Sur les figures 1 à 7, le circuit inverseur d'énergie 20 est pourvu d'un boîtier en résine 25, d'un dissipateur thermique globalement torique 23 qui couvre un côté du boîtier de résine 25, et d'une pluralité de modules de puissance (sur la figure 3, six modules de puissance) 21 qui sont montés sur le dissipateur thermique 23 par l'intermédiaire d'une couche isolante (non illustrée) dans un espace défini par le boîtier de résine 25 et le dissipateur thermique 23.

Le dissipateur thermique 23 a une ailette de refroidissement 23a à une position opposée à celle du module de puissance 21. Le module de puissance 21 a une borne 22a connectée au potentiel de la batterie, une borne 22b connectée au potentiel de masse, une borne 22c pour la connexion électrique avec le bobinage de stator, et une borne de ligne de signal 22d du module de puissance. Le boîtier de résine 25 a une borne 24a connectée au potentiel de la batterie, une borne 24b connectée au potentiel de masse, et une borne 24c pour la connexion électrique avec le bobinage de stator. La borne 24a et la borne 22a sont connectées l'une à l'autre par soudure ; la borne 24b et la borne 22b sont connectées l'une à l'autre par soudure ; la borne 24c et la borne 22c sont connectées l'une à l'autre par soudure. Le module de puissance 21 est disposé dans un espace défini par le dissipateur thermique 23 et le boîtier de résine 25 ; puisque cet espace est rempli de la résine étanche à l'eau 28, le module de puissance 21 est encastré dans la résine étanche à l'eau 28. Comme cela est illustré sur la figure 3, sur le circuit inverseur d'énergie 20, il est assemblé la barre de bus 30, qui est globalement en forme de U, et une ligne de signal connectant la carte de bornes de relais 27. La barre de bus 30 a la borne de batterie 11 connectée à la batterie de la machine rotative électrique, et des ailettes de refroidissement 30a sont fournies sur les côtés respectifs de la forme en U. La barre de bus 30 et le module de puissance 21 sont agencés de manière à être approximativement superposés l'un sur l'autre ; comme cela est illustré sur la figure 5, ils sont en contact, ou comme cela est illustré sur la figure 6, ils sont agencés de manière à être séparés l'un de l'autre. Approximativement la moitié inférieure de la barre de bus 30, sur le côté de module de puissance 21 de celle-ci, est encastrée dans la résine étanche à l'eau 28 ; néanmoins, l'ailette de refroidissement 30a est fournie à une position qui n'est pas généralement encastrée dans la résine étanche à l'eau 28. Les deux extrémités et les deux coins de la forme en U de la barre de bus 30 sont connectés aux bornes respectives 24a qui sont connectées au potentiel de batterie. Comme cela est illustré sur la figure 4, la barre de bus 30 est connectée, en utilisant un boulon 31, à une borne 24a, du boîtier de résine 25, connectée au potentiel de batterie. Dans cette situation, un élément isolant 32 est inséré entre le dissipateur thermique 23 et le boulon 31 de sorte que le potentiel du dissipateur thermique 23 ne devienne pas égal au potentiel de batterie. La barre de bus 30, qui entre de l'énergie électrique de la borne de batterie 11 de la machine rotative électrique dans le circuit inverseur d'énergie 20 et délivre de l'énergie électrique du circuit inverseur d'énergie 20 à la borne de batterie 11, est disposée à une position opposée au dissipateur thermique 23 par rapport au module de puissance 21 ; comme cela a été décrit ci-dessus, l'ailette 23a du dissipateur thermique 23 s'étend vers le côté opposé au module de puissance 21. Le module de puissance 21 a la borne 22a connectée au potentiel de la batterie, la borne 22b connectée au potentiel de masse, la borne 22c pour la connexion électrique avec le bobinage de stator, et la borne de ligne de signal 22d du module d'énergie. La borne 24a et la borne 22a sont connectées l'une à l'autre par soudure ; la borne 24b et la borne 22b sont connectées l'une à l'autre par soudure ; la borne 24c est la borne 22c sont connectées l'une à l'autre par soudure. Ces éléments assurent une connexion électrique et configurent une voie de rayonnement thermique.

Le circuit inverseur d'énergie 20 est fixé sur le support arrière 2 avec un boulon (non illustré) de sorte que la borne 24a connectée au potentiel de masse du boîtier 25 et le support arrière 2 soient connectés l'un à l'autre.

La borne de ligne de signal 22d du module de puissance 21 est connectée à la ligne de signal connectant la carte de bornes de relais 27 de manière à être collectée dans l'élément de sortie de ligne de signal 26, et est connectée à la carte de circuit de commande 40, montée derrière le support arrière 2, pour commander l'opération de commutation du module de puissance 21. Dans cette situation, la ligne de signal connectant la carte de bornes de relais 27 est encastrée dans la résine étanche à l'eau 28 dans la barre de bus en forme de U 30 de manière à être située approximativement sur le même plan que la barre de bus 30. En agençant la barre de bus 30 et la ligne de signal connectant la carte de bornes de relais 27 approximativement sur le même plan, il n'est pas nécessaire d'allonger la machine rotative électrique dans la direction axiale, de telle manière que les dimensions de la machine rotative électrique puissent être réduites. Comme cela a été décrit ci-dessus, le module de puissance 21 est refroidi au moyen du dissipateur thermique 23. Par contraste, puisque la barre de bus 30 a l'ailette de refroidissement 30a, il peut être empêché que la température de la barre de bus 30 n'augmente. La chaleur générée dans le module de puissance 21 est transférée à la barre de bus 30 par le biais de la borne 22a et de la borne 24a puis elle est rayonnée depuis la barre de bus 30. En outre, comme cela est illustré sur la figure 5, dans le cas où la barre de bus 30 entre en contact avec le module de puissance 21 dans la résine étanche à l'eau 28, le module de puissance 21 est également refroidi directement par la barre de bus 30, de telle manière que l'augmentation de température du module de puissance 21 soit encore plus réduite. Comme cela est illustré sur la figure 6, même dans le cas où la barre de bus 30 n'entre pas en contact avec le module de puissance 21, la barre de bus 30, avec le module de puissance 21, est encastrée dans la résine étanche à l'eau 28 ; par conséquent, la chaleur générée dans le module de puissance 21 est transférée à la barre de bus 30 par l'intermédiaire de la résine étanche à l'eau 28 puis elle est rayonnée de la barre de 30, ce qui démontre un effet de suppression de l'augmentation de température du module de puissance 21. La figure 7 est une vue en coupe longitudinale agrandie illustrant une partie de la périphérie du circuit inverseur d'énergie 20. Dans le support arrière 2, des entrées d'air 2a, 2b et 2c et une sortie d'air 2d sont formées. L'entrée d'air 2a est située derrière la barre de bus 30 ; l'entrée d'air 2b est située à proximité de la circonférence extérieure de la barre de bus 30 ; l'entrée d'air 2c est située à proximité du dissipateur thermique 23. Une voie de ventilation d'air 61 est formée entre la circonférence intérieure du circuit inverseur de puissance 21 et le support arrière 2.

Sous l'effet de la rotation du rotor 4, de l'air de refroidissement est produit par le ventilateur 5 ; l'air de refroidissement 60a entrant à travers l'entrée d'air 2a et l'air de refroidissement 60b entrant à travers l'entrée d'air 2b passent par la barre de bus 30 puis traversent la voie de ventilation d'air 61, ce qui refroidit la barre de bus 30. L'air de refroidissement 60c entrant à travers l'entrée d'air 2c passe le long du dissipateur thermique 23, ce qui refroidit le dissipateur thermique 23. L'air de refroidissement 60a, l'air de refroidissement 60b et l'air de refroidissement 60c sont évacués à l'extérieur de la machine rotative électrique à travers la sortie d'air 2d du support arrière 2. Comme cela a été décrit ci-dessus, dans le support arrière 2, les entrées d'air 2a et 2b sont formées derrière la barre de bus 30 ou à proximité de la circonférence extérieure de la barre de bus 30, et la voie de ventilation d'air 61 est formée à proximité de la circonférence intérieure du circuit inverseur d'énergie 20, de sorte que l'air de refroidissement passe par la barre de bus 30 ; ainsi, la barre de bus 30 est encore plus refroidie, de telle manière que l'augmentation de température du module de puissance 21 puisse être encore plus réduite. Comme cela a été décrit ci-dessus, en réduisant 20 l'augmentation de température du module de puissance 21, la durée de vie d'un produit peut être prolongée.

Mode de réalisation 2 La figure 8 illustre une barre de bus d'une 25 machine rotative électrique selon le mode de réalisation 2 de la présente invention. Dans le mode de réalisation 2, une partie de communication conductrice 30b entre la borne de batterie 11 de la barre de bus 30 et la barre de bus 30 est configurée de manière à ce 30 que la surface de coupe transversale de celle-ci soit inférieure à la surface de coupe transversale de n'importe quelle autre partie de la barre de bus 30, de sorte que la partie de communication conductrice 30b ait une fonction de fusible. Dans le cas où un élément de commutation du module de puissance 21 ne parvient pas à être court-circuité, la partie entre la borne de batterie 11, qui a le potentiel de batterie, et le support 2, qui a le potentiel de masse, est court-circuitée, de telle manière qu'un grand courant s'écoule à l'intérieur de celle-ci, ce qui présente le risque que la machine rotative électrique puisse prendre feu ; néanmoins, en faisant en sorte que la barre de bus 30 ait également une fonction de fusible, la barre de bus 30 est déconnectée de la source d'énergie à la partie de communication 30b de la barre de bus 30 dans le cas où un grand courant s'écoule ; par conséquent, il peut être empêché que la machine rotative électrique ne prenne feu. Diverses modifications et altérations de la présente invention vont être apparentes à l'homme du métier sans se départir du périmètre et de l'esprit de la présente invention, et il faut bien comprendre que la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustratifs décrits dans les présentes.

Claims

REVENDICATIONS1. Machine rotative électrique à contrôleur intégré, caractérisée en ce qu'elle comprend : un stator (3) configuré avec un noyau de fer (3B) supporté par un support et un bobinage de stator (3A) un rotor (4) ayant un ventilateur de refroidissement (5) ; un circuit inverseur d'énergie (20) qui est un appareil de commande pour appliquer un courant de stator au bobinage de stator (3A) ; et une barre de bus (30) qui fournit au circuit inverseur d'énergie (20) de l'énergie électrique d'une batterie, dans lequel le circuit inverseur d'énergie (20) comprend un module de puissance (21) qui a une fonction de commutation du courant de stator, un dissipateur thermique (23) sur lequel le module de puissance (21) est monté par l'intermédiaire d'une couche isolante, et un boîtier isolant (25) qui incorpore le module de puissance (21) et contient les bornes respectives (22a, 22b, 22c et 22d) du module de puissance (21) ; et la barre de bus (30) est connectée aux bornes du circuit inverseur d'énergie (20) et a une ailette de refroidissement (30a).
2. Machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module de puissance (21) est enrobé dans une résine étanche à l'eau (28) dans un espace entre le boîtier isolant (25) et le dissipateur thermique (23).
3. Machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la revendication 2, caractérisée en ce que la barre de bus (30) est disposée à une position qui est opposée au dissipateur thermique (23) par rapport au module de puissance (21) et est approximativement superposée sur le module de puissance (21) dans une direction axiale, et le côté, de la barre de bus (30), qui fait face au module de puissance (21) est enrobée dans la résine étanche à l'eau (28).
4. Machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie de la barre de bus (30), qui est encastrée dans la résine étanche à l'eau (28) entre en contact avec le module de puissance (21).
5. Machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une ligne de signal connectant une carte de bornes de relais (27) pour connecter le module de puissance (21) à un circuit de commande est fournie dans la résine étanche à l'eau (28) de manière à être encastrée dans celle-ci.
6. Machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la revendication 5, caractérisée en ce que la ligne de signal connectant la carte de bornes de relais (27) est disposée approximativement sur le même plan que la barre de bus (30).
7. Machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le support, une entrée d'air (2a, 2b ou 2c) est fournie à proximité de la circonférence extérieure de la barre de bus (30) ou derrière la barre de bus (30), et une voie de ventilation d'air (60a ou 60b) qui passe par la barre de bus (30) est formée.
8. Machine rotative électrique à contrôleur intégré selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de coupe transversale d'une partie de communication (30b) pour appliquer un courant électrique de la batterie à la barre de bus (30) est inférieure à la surface de coupe transversale de la barre de bus (30).