MXPA06001131A - Alternador que comprende medios mejorados para eliminar las cargas electrostaticas. - Google Patents

Abstract

La invencion propone un alternador que comprende por lo menos un pico de concentracion de cargas electricas que esta formado sobre una cara externa del carter que porta el estator y que se extiende en relieve en direccion de una porcion con respecto a la polea 22 y/o al elemento flexible de accionamiento de la polea a manera de eliminar las cargas electrostaticas mediante formacion de arcos electricos entre el pico y dicha porcion.

Description

ALTERNADOR QUE COMPRENDE MEDIOS MEJORADOS PARA ELIMINAR LAS CARGAS ELECTROSTATICAS CAMPO TECNICO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un alternador de vehículo automotriz.

ANTECEDENTES DE LA TECNICA La invención se refiere en particular a un alternador del tipo descrito y representado en el documento FR-A-2.807.889 que comprende medios que tienden a suprimir la electricidad estática. Este documento propone especialmente un alternador de vehículo automotriz del tipo que comprende: - un cárter que porta un estator; - un rotor cuyo árbol central está montado en rotación en el estator y que está constituido por una parte llamada magnética que comprende especialmente por lo menos el árbol del rotor y piezas polares, y por lo menos un bobinado de inducción; - y medios destinados a eliminar las cargas electrostáticas del alternador, asegurando una conexión eléctrica resistiva permanente entre la parte magnética del rotor y su bobinado.

Para favorecer la evacuación de cargas electrostáticas, se ha propuesto en la solicitud de patente de francesa No. 03.06553 del 30 de mayo del 2003, asegurar una conexión eléctrica permanente entre el árbol del rotor y el cárter que porta el estator, con sus bridas laterales, y por lo tanto con la masa eléctrica del vehículo. En efecto, el estator propiamente dicho y su cárter que lo porta están acoplados a la masa eléctrica del vehículo. Como se describe en el documento EP240644, el estator puede estar montado en el cárter a través de un elemento amortiguador, tal como caucho. En este caso, los potenciales eléctricos del cárter y del estator pueden ser diferentes, sin embargo, el potencial del cárter está acoplado con la masa del vehículo. Para este propósito, una polea metálica que está fija sobre el árbol con el cual está en conexión eléctrica permanente a través de su escariado interno, está acoplada eléctricamente en permanencia a la brida lateral. Esta conexión se asegura a través de un contacto de fricción conductor portado por la brida posterior y que frota en permanencia sobre una porción con respecto a la cara lateral anterior de la polea y/o sobre la correa. A manera de variante de esta concepción, como el contacto de fricción es una pieza susceptible a desgastarse, puede pertenecer a la correa en sí y frotar sobre la cara lateral externa de la brida posterior. Estas concepciones permiten también evacuar las cargas eléctricas que se forman sobre la correa en virtud de las fricciones a grandes velocidades de la correa sobre las diversas poleas que recorre y de las cargas que reciben en ese momento. La invención pretende proponer medios de aplicación simple para asegurar esta conexión eléctrica sin padecer los inconvenientes diversos relacionados con la fricción permanente.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Por consiguiente, la invención propone un alternador de vehículo automotriz del tipo que comprende: - un cárter que porta un estator; - un rotor cuyo árbol central está montado en rotación en el estator, un extremo axial posterior del árbol del rotor que se extiende axialmente hacia el exterior del estator, que porta una polea de accionamiento en rotación del árbol accionado en rotación por un elemento flexible de accionamiento, especialmente una correa o una cadena; - y medios destinados a eliminar las cargas electrostáticas del alternador, caracterizado porque dichos medios aseguran una conexión eléctrica sin contacto de acuerdo con un trayecto controlado por una parte, entre el cárter que porta el estator, y por otra parte, la polea y/o el elemento flexible de accionamiento.

De esta manera, el trayecto de descarga controlado se sitúa en el exterior del alternador. De acuerdo con otras características de la invención: - estos medios comprenden por lo menos un pico de concentración de cargas eléctricas que se forma sobre una cara externa del cárter, y que se extiende en relieve en dirección de una porción con respecto a la polea y/o al elemento flexible de accionamiento a manera de eliminar las cargas electrostáticas mediante formación de arcos eléctricos entre el pico y dicha porción. - dichos medios comprenden una serie de picos de concentración de cargas eléctricas; - los picos de dicha serie son adyacentes para constituir un collarín en saliente, radial y/o axialmente, que comprende un borde periférico de extremo libre de perfil agudo; - por lo menos un pico está integralmente formado con la parte correspondiente del cárter; - por lo menos un pico se extiende axialmente a partir de una porción de cara lateral transversal externa del cárter; - por lo menos un pico se extiende radialmente a partir de una porción de cara lateral transversal externa del cárter; - por lo menos un pico se extiende frente a una porción con respecto a la cara lateral transversal del elemento flexible de accionamiento; - por lo menos un pico se extiende frente a una porción con respecto a la cara lateral transversal de la polea; - por lo menos un pico se extiende frente a una porción con respecto a la cara lateral transversal cilindrica de la polea.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Otras características y ventajas de la invención surgirán con la lectura de la siguiente descripción detallada para cuya comprensión se hará referencia a los dibujos anexos, en los cuales: - La figura 1 es una vista en corte axial parcial de un alternador de acuerdo con el estado de la técnica; - la figura 2 es una vista a mayor escala del detalle D2 de la figura que ¡lustra esquemáticamente una primera modalidad preferida de la invención; - la figura 3 es una vista esquemática análoga a aquella de la figura 2 que ilustra una segunda modalidad de la invención; - la figura 4 es una vista esquemática análoga a aquella de la figura 2 que ilustra una tercera modalidad de la invención; y - la figura 5 es una vista esquemática análoga a aquella de la figura 2 que ilustra una cuarta modalidad de la invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En la siguiente descripción, se adoptará a título no limitativo una orientación de adelante hacia atrás de izquierda a derecha al momento de considerar las figuras. En la figura 1 , se representa un alternador 10 que comprende esencialmente un rotor 12 que es accionado en rotación alrededor de su eje X-X al interior de un estator sustancialmente anular 14 que está fijo en el interior de un cárter 15 sustancialmente cilindrico del alternador 10, en la presente del tipo de aquel descrito y representado en el documento EP-A-0.515.259 cuyo contenido podrá ser referido para mayores detalles y precisiones. El cárter 15 está cerrado en sus dos extremos axiales por bridas transversales anterior 16 y posterior 18 a través de las cuales está montado en rotación un árbol 21 del rotor. El árbol 21 y las bridas 16 y 18 son de un material conductor de electricidad, especialmente de metal. En su extremo axial posterior, el árbol 21 , que rebasa el exterior de la brida transversal posterior 18, porta una polea metálica 22 que está destinada a recibir una correa de accionamiento (no representada en la figura 1) en rotación del rotor 12. En una variante no representada, la correa es reemplazada por una cadena flexible de transmisión. Sobre una cara externa del cojinete o brida transversal opuesto anterior 16, una tapa de protección 26 recubre los medios de regulación y de conformación de la corriente eléctrica producida por el alternador que comprenden especialmente un puente rectificador (en la presente con diodos no referidos en la figura 1), un regulador de tensión así como terminales de conexión a un circuito eléctrico del vehículo. De manera conocida, el estator 14 comprende un cuerpo 32 realizado en forma de un paquete de chapas 28, que se extienden sustancialmente de manera radial y las cuales están provistas cada una de muescas para el paso de bobinados o devanados de hilos conductores 30 que forman el inducido del alternador. En una variante no representada, los hilos conductores devanados son reemplazados por conductores en forma de horquilla. El cuerpo del estator 32 comprende una superficie cilindrica interna 38 perfectamente cilindrica que delimita un espacio en el interior del cual está montado el rotor 12 en rotación. El rotor 12 con garras sustancialmente está constituido por dos ruedas polares idénticas 40A, 40B que están montadas sobre la parte acanalada central 23 del árbol 21 del rotor 12, para su accionamiento en rotación, y por una bobina o bobinado 42 dispuesto entre las ruedas polares 40A, 40B metálicas que portan cada una un ventilador interno de enfriamiento del alternador. El árbol del rotor 21 está montado en rotación en las bridas 16 y 18 por medio de un rodamiento de bolas anterior 44A y un rodamiento de bolas posterior 44B que comprenden cada uno un casquillo interior de rodamiento 46A, 46B y un caequillo exterior de rodamiento 48A, 48B con interposición de bolas 50A, 50B respectivamente. Cada componente de un rodamiento está realizado en metal conductor de electricidad. Cada casquillo interior 46A, 46B está en contacto íntimo con la superficie cilindrica convexa del árbol 21 del rotor 12 con la cual también está en contacto eléctrico. Como se ilustra en la figura 1 , el casquillo exterior 48B del rodamiento posterior 44B está montado directamente en un alojamiento correspondiente 49B de la brida metálica posterior 8 con la cual también está en contacto eléctrico. Por el contrario, el casquillo exterior 48A del rodamiento anterior 44A está montado en un alojamiento correspondiente 49A de la brida anterior 16 con interposición de un casquillo 52 de amortiguamiento de vibraciones que generalmente es de material plástico aislante de electricidad. De manera conocida, el extremo axial anterior del árbol 21 porta dos casquillos colectores anterior 54 y posterior 56 que son adyacentes y que están separados por un espacio axial que se presenta en forma de una ranura de separación 58. Cada uno de los casquillos colectores 54 y 56 es conductor de electricidad y está provisto para cooperar con escobillas asociadas de una funda de escobilla 60 alojado en la tapa 26. Los casquillos colectores están acoplados, a través de uniones filarías no representadas, a los extremos del bobinado 42. El casquillo anterior 54 está tradicionalmente en el potencial llamado "nulo", es decir, sustancialmente al potencial de la masa eléctrica del vehículo al cual está especialmente acoplado el estator a través de los medios de fijación del alternador sobre la estructura metálica (no representada) del vehículo. El casquillo posterior 56, adyacente al rodamiento anterior 44A, está al potencial del devanado o bobinado 42 del rotor, que está por ejemplo, en el orden de 14 voltios. Para favorecer la evacuación de cargas electrostáticas, es aconsejable asegurar una conexión eléctrica entre el árbol 21 del rotor 12 y el cárter con sus bridas laterales, y por lo tanto con la masa eléctrica del vehículo. La polea metálica 22 está fija sobre el árbol 21 con el cual está en conexión eléctrica permanente a través de su escariado interno 70. Como se puede ver en la figura 2, y de acuerdo con las enseñanzas de la invención, la cara lateral 19 de la brida posterior 18 del cárter 15 que porta el estator 14, comprende en la presente una punta o pico en relieve que se extiende axialmente hacia atrás en dirección de la correa 82 que presenta esquemáticamente una sección rectangular ranurada con su cara o borde lateral transversal anterior 84 que se extiende en el mismo plano que la cara lateral anterior 86 de la brida 88 de la polea 22.

A través de "chispas", se ha representado esquemáticamente las cargas eléctricas 90 que se acumulan en el ensamble constituido por la polea 22 y la correa 82. Cuando se alcanza un umbral de tensión suficiente, llamado tensión de descarga eléctrica, se forma un arco eléctrico 92, simbolizado con un relámpago entre el borde 84 de la correa 82 y el pico 80, el trayecto eléctrico de descarga está orientado de manera predeterminada y en dirección de la brida que está acoplada a la masa eléctrica del vehículo. Esta descarga eléctrica orientada y privilegiada, o efecto de "punta", se deriva del hecho de que el campo eléctrico es más fuerte en la proximidad de una punta (o pico) conductora cargada. Todos los fenómenos de ionización (ionización ocasionada por un campo eléctrico intenso) son entonces más importantes en la proximidad de una punta. Esto se debe al hecho de que el potencial varía en 1/r cuando el campo eléctrico varía en 1/r2. Supónganse dos bolas de radios "r" y "R" = 2r portadas al mismo potencial. Debido a que las dos bolas están en el mismo potencial, esto quiere decir que sobre la bola grande (R), existen dos veces más cargas que sobre la bola pequeña de radio "r", el potencial varía en razón inversa del radio de la bola. O bien, la superficie, o área de superficie, de la bola "grande" no es dos veces más grande, sino cuatro veces más grande que aquella de la bola "pequeña". La densidad de superficie de cargas es dos veces más importante sobre la bola pequeña.

Esto no explica el por qué el campo es más fuerte en la proximidad de la bola pequeña. En efecto, sobre la bola pequeña la carga es q, y sobre la bola grande la carga es Q = 2q. Si se mide el campo en dos puntos, cada uno a una distancia del centro de cada una de las dos bolas, el campo es más fuerte en la proximidad de la bola grande. En efecto, en un caso el valor del campo es igual a Kq/R para la bola pequeña y es igual a 2Kq/R para la bola grande. En consecuencia, a igual distancia, el campo eléctrico de la bola pequeña es dos veces más reducido. Por el contrario, es posible "aproximarse" más al centro de la bola pequeña, lo que no es posible con la bola grande, debido a que su radio es R. Por consiguiente, puesto que es posible aproximarse dos veces más cerca al centro de la bola pequeña que al de la bola grande, el campo debiera ser cuatro veces más fuerte (ya que el campo varía en 1/r2 y debido a que se está dos veces más cerca). En resumen, debido a que hay dos veces menos cargas, el campo debiera ser dos veces menos fuerte. Por otra parte, puesto que la superficie de la bola pequeña está dos veces más cerca de su centro, el campo debiera ser ahí cuatro veces más fuerte. Finalmente, el campo es solamente dos veces más fuerte en la superficie de la bola pequeña. En virtud de la importancia del campo eléctrico en la proximidad de una punta, el aire se ioniza más fácilmente. El aire por lo tanto es mejor conductor de electricidad en proximidad de una punta cargada que en la proximidad de una superficie cargada de mayor radio de curvatura. Esta es la razón por la cual el rayo o arco eléctrico de descarga golpea de preferencia una punta o pico. Por analogía, es la polea 22 y/o la correa 82 que constituyen la "bola grande" y una protuberancia en forma de pico 80 o similar constituye la "bola pequeña". Desde luego, es posible proveer más picos que estén, por ejemplo, dispuestos en arco de círculo centrado alrededor del eje X-X. Los picos o puntas 80 permiten obtener una concentración de cargas eléctricas y determinan trayectorias de fugas muy cortas y mucho menos resistivas que por ejemplo entre el árbol y un colector, o bien entre el árbol y una caja exterior de rodamiento. Las cargas eléctricas no atraviesan ni el rotor, ni los rodamientos y evitan así cualquier riesgo, especialmente de deterioro o de sobrecargas eléctricas internas. Cuando los picos 80 son realizados directamente mediante moldeo con la brida posterior, la implementación de la invención se obtiene a un costo nulo, es decir, sin componente ni mano de obra complementaria al efectuar simplemente modificaciones menores de la fundición. En contraste, los picos 80 pueden consistir en piezas metálicas insertadas fijadas por ejemplo mediante atornillamiento sobre la brida posterior. Es posible igualmente tener una combinación de picos 80 que resultan del moldeo y de picos insertados, cada uno de estos picos se puede extender ya sea axialmente o bien radialmente como se describe más adelante. Sin apartarse del alcance de la invención y a título de variante no reprensada en esta modalidad, la correa 82 (o el elemento flexible de transmisión que tenga lugar) puede comprender en su borde lateral anterior 84 picos o protuberancias análogas a los picos 80 a partir de los cuales se forman lo arcos eléctricos de descarga en dirección de los picos 80 de la brida, favoreciendo aún más la "conducción" de las descargas eléctricas en el paso de la correa frente a los picos 80. Gracias a la primera modalidad recién descrita, las puntas o picos 80 que se encuentran frente al borde lateral transversal anterior 84 de la correa, permiten una evacuación de las cargas eléctricas acumuladas a nivel de la correa, antes de que alcancen la polea propiamente dicha y ia parte magnética formada por el ensamble de rotor. De acuerdo con la segunda modalidad ¡lustrada en la figura 3, los picos 80 están dispuestos frente a la cara lateral anterior 86 de la polea 22 y de manera más precisa, frente a una porción de cara lateral anular 94 que pertenece a una protuberancia 96 que permite dominar con precisión el fenómeno, y especialmente la distancia entre los picos y la polea que por ejemplo es del orden de 0.5 mm, este valor siendo especialmente inferior a la distancia, del orden 2 a 3 mm entre el casquillo colector y el árbol. La densidad de superficie de cargas está localmente reforzada sobre la polea, el campo eléctrico es localmente más importante, el aire se ioniza más y se vuelve más conductor y la eficacia del principio de acuerdo con la invención se mejora aún más. De acuerdo con la tercera modalidad ilustrada en la figura 4, los picos o protuberancias 80 se extienden radialmente hacia el interior en dirección de la superficie lateral cilindrica convexa externa 98 de un manguito axial tubular anterior 100 del cubo de la polea 22. Las puntas 80 pueden ser repartidas angularmente de manera regular o pueden estar constituidas por un collarín radial interior continuo que corresponde a una pluralidad de picos adyacentes y cuyo borde radial interno agudo 81 constituye un borde de punta o pico continuo. Para dominar aún más el fenómeno, el manguito 100 puede comprender un collarín radial exterior 102 cuyo borde radial externo agudo 104 se extiende frente a las puntas 80 o al borde 81 del collarín continuo 80. Finalmente, de acuerdo con la cuarta modalidad representada en la figura 5, el collarín 102, insertado o realizado mediante fabricación con el manguito 100, se puede extender frente a las puntas o picos 80 pero puede ser desplazado axialmente con respecto al plano radial de las punías 80. Estas últimas pueden ser nuevamente un collarín anular de retención de rodamiento 44B en su alojamiento, tal como el collarín 45 de la figura 2. El collarín puede ser formado integralmente con la brida o insertado en la misma, pero es considerado como una parte del estator en el sentido de la invención.

Claro está que las diferentes modalidades y variantes se pueden combinar sin apartarse del alcance de la invención. Desde luego, el alternador es reversible y permite arrancar el motor térmico del vehículo.

Claims (11)

16 NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un alternador 10 de vehículo automotriz del tipo que comprende: un cárter 15, 18, que porta un estator 14, cuyo potencial eléctrico está acoplado con la masa del vehículo; un rotor 12 cuyo árbol central 21 está montado en rotación en el estator, un extremo axial posterior del árbol 21 del rotor que se extiende axialmente hacia el exterior del estator, que porta una polea 22 de accionamiento en rotación del árbol accionado en rotación por un elemento flexible de accionamiento, especialmente una correa o una cadena; y medios destinados a eliminar las cargas electrostáticas del alternador, caracterizado porque dichos medios 80 aseguran una conexión eléctrica sin , contacto de acuerdo con un trayecto exterior controlado por una parte entre el cárter 15 y por otra parte la polea 22 y/o el elemento flexible de accionamiento 80.

2.- El alternador de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado además porque dichos medios comprenden por lo menos un pico 80 de concentración de cargas eléctricas 90 que está formado sobre una cara externa 19 del cárter 15, 18, y que se extiende en relieve en dirección de un porción 84 con respecto a la polea 22 y/o al elemento flexible de accionamiento 82 a manera de eliminar las cargas electrostáticas mediante formación de arcos eléctricos entre el pico 80 y dicha porción 84. 17

3. - El alternador de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado además porque dichos medios comprenden una serie de picos 80 de concentración de cargas eléctricas.

4. - El alternador de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado además porque los picos 80 de dicha serie son adyacentes para constituir un collarín en saliente, radial y/o axialmente, que comprende un borde periférico de extremo libre de perfil agudo 8 .

5. - El alternador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque por lo menos un pico 80 está formado integralmente con la parte correspondiente del cárter 15, 18.

6. - El alternador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque por lo menos un pico 80 se extiende axialmente a partir de una porción de cara lateral transversal externa 9 del cárter 15, 8.

7. - El alternador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque por lo menos un pico 80 se extiende radialmente a partir de una porción de cara lateral transversal externa 19 del cárter 15, 1

8. 8. - El alternador de conformidad con la reivindicación anterior, caracterizado además porque por lo menos un pico 80 se extiende en dirección de la superficie lateral cilindrica convexa externa 98 de un manguito axial tubular 100 del cubo de la polea 22.

9. - El alternador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos un pico 80 se extiende frente a 18 una porción con respecto a la cara lateral transversal 84 del elemento flexible de accionamiento 80.

10. - El alternador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos un pico 80 se extiende frente a una porción con respecto a la cara lateral transversal 86, 94, 96 de la polea 22.

11. - El alternador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos un pico 80 se extiende frente a una porción con respecto a la cara lateral cilindrica 98, 100 de la polea 22.