PL210932B1 - Urządzenie sterowania i mocy alternatora-rozrusznika - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy modułu sterowania mocy alternatora-rozrusznika dla samochodu, włączonego pomiędzy alternatorem-rozrusznikiem (3), siecią pokładową (Ua) i linią masy (GND) samochodu, zawierającego: - mostek tranzystorowy z wieloma gałęziami (B1-B3), - zespół sterujący dla porównania napięcia fazy (φ) alternatora-rozrusznika z napięciem odniesienia (Ua, GND) i sterowania tranzystorów w funkcji wyniku porównania, zespół sterujący zawierający: - sterownik (10, 20, 30) dla każdej gałęzi mostka tranzystorowego, ten sterownik jest włączony w pobliżu tranzystorów gałęzi, i - układ sterujący, dla sterowania sterowników.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210932 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 375199 (51) Int.Cl.

(22) Data zgłoszenia: 04.07.2003 H02P 9/30 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

04.07.2003, PCT/FR03/002092 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

15.01.2004, WO04/006423 (54)

Urządzenie sterowania i mocy alternatora-rozrusznika

	(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo:	VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES
04.07.2002, FR, 0208420	MOTEUR, Creteil Cedex, FR
18.06.2003, FR, 0307378	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	JEAN-MARIE PIERRET, Paryż, FR
28.11.2005 BUP 24/05	JEAN-JULIEN PFIFFER, Montgeron, FR FABRICE TAUVRON, Athis-Mons, FR
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.03.2012 WUP 03/12	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Józef Własienko

PL 210 932 B1

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Przedmiotem wynalazku jest wirująca i odwracalna maszyna elektryczna, taka jak alternator-rozrusznik, przeznaczona zwłaszcza z jednej strony, do zasilania energią elektryczną sieci pokładowej samochodu i do ładowania baterii tego samochodu i z drugiej strony do uruchomienia silnika cieplnego samochodu. Przedmiotem wynalazku jest zwłaszcza moduł sterowania i mocy przeznaczony do sterowania takiej maszyny.

Stan techniki

W samochodzie, alternator przekształca ruch obrotowy wirnika magneśnicy napędzanego przez silnik cieplny samochodu, w prąd elektryczny wzbudzony w uzwojeniach stojana.

Alternator może także być odwracalny i stanowić silnik elektryczny, albo wirującą maszynę elektryczną, umożliwiającą napędzanie obrotowe, poprzez wał wirnika, silnika cieplnego samochodu. Ten alternator odwracalny jest nazywany alternatorem-rozrusznikiem. Przekształca on energię mechaniczną w energię elektryczną i na odwrót. Tak więc, alternator-rozrusznik może uruchomić silnik cieplny samochodu, albo także, pracować jako silnik dla napędzania samochodu. Na ogół, stojan ma trzy uzwojenia tak, że alternator jest typu trójfazowego. W odmianie, alternator jest typu sześciofazowego i moż e mie ć uzwojenie z prę tami przewodzą cymi tworzą cymi szpilki. Gdy alternator-rozrusznik pracuje jako rozrusznik albo jako silnik, przenosi do silnika cieplnego bardzo duży moment.

Ta maszyna typu wielofazowego i odwracalnego pracuje więc jako alternator zwłaszcza dla ładowania baterii samochodu i jako rozrusznik dla napędzania silnika spalinowego, zwanego także silnikiem cieplnym samochodu dla jego uruchomienia.

W tym celu, jednostka mocy włączona w fazy twornika alternatora, służy jako mostek sterujący tymi fazami w trybie pracy silnikowej i pracuje jako mostek prostowniczy gdy alternator-rozrusznik pracuje jako alternator.

Fig. 20 reprezentuje wirującą maszynę elektryczną tworzącą alternator-rozrusznik ze stanu techniki, taką jak opisano w dokumencie WO 01/69762.

Na tej figurze, część prawa odpowiada przodowi maszyny, a część lewa tyłowi maszyny. Ta maszyna wirująca tworząca alternator zawiera:

- uzwojony wirnik 743 stanowi magneśnicę połączoną klasycznie z dwoma pierścieniami komutatora 706, 707 i dwoma szczotkami, przez które jest doprowadzany prąd wzbudzenia;

- stojan wielofazowy 503 niosący kilka uzwojeń, stanowiących twornik 507, które są połączone w gwiazdę albo w trójkąt w najczęstszym przypadku struktury trójfazowej i które dostarczają do mostka prostowniczego, pracując jako alternator, przekształconą moc elektryczną.

Mostek jest połączony z różnymi fazami twornika i jest zamontowany pomiędzy masą i zaciskiem zasilania baterii. Ten mostek ma, na przykład, diody połączone z tranzystorami typu MOSFET.

Praca w trybie silnika takiego alternatora realizuje się przez wymuszanie, na przykład, prądu stałego w magneśnicy i dostarczania w sposób synchroniczny, do faz stojana, sygnałów przesuniętych w fazie o 120°, idealnie sinusoidalnych albo ewentualnie trapezoidalnych albo kwadratowych.

Ten mostek prostowniczy w trybie pracy alternatora, i układ sterowania w trybie pracy silnika, jest pilotowany przez jednostkę sterującą. Jednostka mocy, utworzona przez mostek prostowniczy i sterujący, i jednostka sterująca stanowi moduł sterowania i mocy wbudowany na zewnątrz wirującej maszyny elektrycznej, z którą jest połączony przez element połączenia elektrycznego z zaciskami wyjściowymi faz stojana.

Są ponadto przewidziane elementy dla śledzenia położenia kątowego wirnika, aby przy pracy jako silnik elektryczny, wtryskiwać w odpowiednim momencie prąd elektryczny do odpowiedniego uzwojenia stojana.

Te elementy, korzystnie typu magnetycznego, wysyłające informacje do jednostki sterującej są opisane na przykład w dokumentach FR-2 807 231 i FR 2 806 223.

Te elementy zawierają więc obiekt 750 zamocowany obrotowo na wirniku albo kole pasowym 701 maszyny i co najmniej jeden czujnik 752 wykorzystujący efekt Halla albo magnetyczno-rezystancyjny wykrywający przejście obiektu, korzystnie typu magnetycznego.

Korzystnie, co najmniej trzy czujniki 752 są przewidziane, są one niesione przez tarczę łożyskową przednią 713 albo tylną 504 wchodzącą w skład wirującej maszyny elektrycznej dla wspierania w sposób stały stojana i w sposób obrotowy wirnika.

PL 210 932 B1

Obsada czujnika 753, tutaj z tworzywa sztucznego, ma części 755 o orientacji osiowej. Te części 755 przechodzą przez tarczę łożyskową 504 wykorzystując otwór 754. Czujniki 752 są przymocowane do części 755 i są umieszczone promieniowo pomiędzy obiektem 750 i łopatkami 505 będąc bardzo blisko obiektu 750. Obsada czujnika jest zamontowana na śrubie mocującej 757.

Połączenia elektryczne czujników 752 są umocowane w obsadach czujników 753 przymocowanych za pomocą dwóch uch 756 na dnie tarczy łożyskowej tylnej 504 od strony przeciwnej do obiektu 750 i wirnika 743.

Obsada szczotek 716 jest przymocowana na tej samej powierzchni dna tarczy łożyskowej tylnej 504 za pomocą śrub i uch nie oznaczonych.

Obsada szczotek 716 zawiera w sposób znany dwie klatki dla prowadzenia szczotek współpracujące każda z jednym wymiennym pierścieniem komutatora 706, 707 na tylnym końcu wału 502. Na szczotki działają sprężyny umieszczone w klatkach.

Jest pożądane, w pewnych przypadkach, poprawienie parametrów rozruchowych alternatora-rozrusznika. Więc, jest możliwe przewzbudzenie wirnika dla uzyskania większego momentu rozruchowego.

To przewzbudzenie może być realizowane przez przepięcie na zaciskach uzwojenia wzbudzenia i/lub przetężenie w uzwojeniu wzbudzenia w stosunku do alternatora konwencjonalnego.

To może być realizowane za pomocą elektronicznego układu dodawczego powodującego przewzbudzenie uzwojenia wirnika jedynie przy pracy jako rozrusznik.

Ta maszyna ma tu strukturę alternatora klasycznego, na przykład, typu opisanego w dokumencie EP-A-0 515 259, do którego będziemy się odwoływać bardziej szczegółowo.

Koła wirnikowe 741, 742 mają otwory dla wciśnięcia wału 502. Dokładniej, wał 502 jest twardszy niż koła wirnikowe 741,742 dla mocowania kół na częściach moletowanych.

Ten wał 502 biegnie z obu stron wirnika 743 i tworzy z nim podzespół.

Koła wirnikowe, za pośrednictwem swoich kołnierzy mają zamocowany na sobie, tutaj przez spawanie elektryczne, wentylator 515 z łopatkami 505.

Ta maszyna ma więc wentylację wewnętrzną (chłodzenie powietrzem), jej wirnik ma co najmniej na jednym ze swoich końców osiowych wentylator 515. W odmianie maszyna jest chłodzona wodą.

Dokładniej wirnik jest wirnikiem z występami 743 z kołami wirnikowymi 741, 742 mającymi na swoim zewnętrznym obwodzie zęby o orientacji osiowej i kształcie trapezoidalnym. Zęby jednego koła wirnikowego są skierowane w stronę zębów drugiego koła wirnikowego, te zęby mają na ogół kształt trapezoidalny są rozłożone w sposób zachodzący na siebie z jednego koła wirnikowego do drugiego.

Oczywiście, jak opisano na przykład w dokumencie FR-A-2 793 085, magnesy trwałe mogą być umieszczone między zębami koła wirnikowego dla zwiększenia pola magnetycznego.

Wirnik ma uzwojenie wzbudzenia pomiędzy kołnierzami swoich kół wirnikowych. To uzwojenie zawiera element elektrycznie przewodzący, który jest nawinięty tak, że tworzy zwoje. To uzwojenie jest uzwojeniem wzbudzenia które, gdy jest aktywne, magnesuje wirnik dla utworzenia, za pomocą zębów, biegunów magnetycznych. Każdy koniec uzwojenia wirnika jest połączony z jednym pierścieniem komutatorowym gdzie po każdym ślizga się szczotka. Szczotki są umieszczone w obsadach szczotek przymocowanych do tarczy łożyskowej tylnej maszyny, mającej w środku łożysko kulkowe podtrzymujące obrotowo tylny koniec wału, na którym jest przymocowany wirnik.

Koniec przedni wału jest podtrzymywany obrotowo przez łożysko kulkowe 711 umieszczone w tarczy łożyskowej przedniej 713 maszyny. Koniec przedni wału niesie na zewnątrz maszyny kółko pasowe 701 należące do urządzenia przenoszącego ruch zawierającego co najmniej jeden pas napędowy połączony z kółkiem pasowym. Urządzenie przenoszące ruch zapewnia połączenie z kółkiem pasowym i członem takim jak drugie kółko pasowe, napędzane obrotowo przez silnik spalinowy pojazdu.

Ponadto pokrywa tylna 511 jest zamontowana na tarczy łożyskowej tylnej 504, zwłaszcza dla ochrony obsady szczotek, aby te często wymieniane elementy były lepiej chronione i łatwiejsze do włożenia.

Gdy maszyna - tu alternator-rozrusznik - pracuje jako alternator, to znaczy jako generator elektryczny, kółko pasowe 701 jest napędzane obrotowo przez silnik spalinowy pojazdu przez co najmniej jeden wspomniany pas. Gdy maszyna pracuje jako rozrusznik, to znaczy jako silnik elektryczny, kółko pasowe napędza obrotowo silnik pojazdu za pomocą pasa.

Tarcze łożyskowe przednia i tylna, z otworami dla wentylacji wewnętrznej maszyny, są połączone ze sobą, na przykład za pomocą ściągaczy 527, i należą do obudowy maszyny przeznaczonej do

PL 210 932 B1 zamontowania na stałym podłożu w pojeździe. Ta obudowa niesie w sposób trwały na obwodzie zewnętrznym stojan utworzony zwykle przez pakiet blach 508 wyposażonych w żłobki dla zamontowania cewek lub bardziej ogólnie uzwojeń stojana, których wyjścia są połączone ze wspomnianym mostkiem prostowniczym i sterującym.

Cewki albo uzwojenia stojana są utworzone przez przewody albo uzwojenia prętowe jak opisano na przykład w dokumencie W092/06527; pręty mogą mieć przekrój prostokątny.

Stojan obejmuje wirnik, którego szczotki są połączone z regulatorem alternatora dla utrzymania napięcia alternatora na wymaganym poziomie, tu na przykład rzędu 14 V, dla baterii 12 V.

Moduł sterowania i mocy i regulator są tu zamontowane w obudowie elektronicznej umieszczonej na zewnątrz wirującej maszyny elektrycznej. Regulator może również być zintegrowany z jednostką sterującą modułu sterowania i mocy, która jest umieszczona na zewnątrz. Ta obudowa zawiera elementy komutacyjne, zawierające wyłączniki mocy, zespół sterujący i układ przewzbudzenia. Układ przewzbudzenia jest aktywny podczas pracy jako rozrusznik aby uzyskać maksymalny moment rozruchowy alternatora-rozrusznika i łatwiej uruchomić silnik spalinowy, zwany także silnikiem cieplnym, samochodu, albo podczas uruchamiania na zimno, albo podczas ponownego uruchomienia na przykład po zatrzymaniu na czerwonym świetle, silnik został odcięty dla zmniejszenia zużycia paliwa i realizowania funkcji zwanej „Stop and GO.

Ten układ przewzbudzenia otrzymuje na wejściu napięcie sieci pokładowej dostarczane przez baterię i/lub alternator i dostarcza na zaciski uzwojenia wzbudzenia napięcie wyższe od napięcia sieci pokładowej.

Regulator może zawierać elementy które umożliwiają, w przypadku gdy alternator-rozrusznik rozładowuje się na sieć pokładową będąc odłączony w stosunku do baterii (przypadek „load dump w terminologii angielskiej używanej na ogół przez fachowca), wysterować natychmiastowe otwarcie wyłącznika mocy który zasila uzwojenie wzbudzenia, aby spowodować szybkie rozmagnesowanie alternatora, zwłaszcza jego wirnika.

Obecnie klasycznie realizuje się jednostkę mocy, w której mostek prostowniczy zawiera tranzystory mocy włączone dla utworzenia mostka wyłączników, i w którym tranzystory są sterowane synchronicznie prądem płynącym w uzwojeniu twornika alternatora (prostowanie synchroniczne). Jednakże, jest konieczne pilotowanie tranzystorów za pomocą jednostki sterującej stosunkowo skomplikowanej jak na przykład, mikrosterownik, czujniki prądu wykrywające kierunek prądu w uzwojeniu twornika alternatora, mostek obrazujący, itp. Jeden z tych mostków prostowniczych jest opisany w zgłoszeniu patentowym FR-A-2 806 553. Ten mostek prostowniczy jest pokazany na fig. 1. Zawiera on trzy gałęzie B1, B2, B3 mające co najmniej dwa tranzystory każda, włączone każdy pomiędzy fazę alternatora-rozrusznika $1, $2, $3, zasilanie Ua sieci pokładowej i masę GND. Każdy tranzystor T1 T6 jest pilotowany przez zespół sterujący U1 do U6. Te zespoły sterujące U1 do U6 tworzą zespół jednostek sterujących jednostki mocy utworzonej przez mostek wyłączników. Każdy z tych zespołów sterujących jest przewidziany dla porównania napięcia fazy alternatora z napięciem odniesienia i dla sterowania jednego z tranzystorów mostka prostowniczego, w funkcji wyniku porównania. Każdy z zespołów sterujących zawiera elementy odrębne od elementów z innych zespołów i przewidziane dla realizacji w odrębny sposób innych zespołów, porównanie i kompensacja zmian napięcia odniesienia tak, że każdy zespół wymaga tylko sygnału mającego takie zmiany jak napięcie fazy i takie zmiany jak napięcie odniesienia. Każdy zespół sterujący U1 do U6 steruje tranzystorem mocy T1 do T6.

Ta jednostka sterująca, jak większość jednostek sterujących aktualnie znanych, wymaga znacznej liczby podzespołów elektronicznych ponieważ jest wymagany jeden zespół sterujący dla jednego tranzystora mostka prostowniczego.

Podzespoły stosowane do wykonania jednostki mocy są więc umieszczone i włączone na pierwszej płytce elektronicznej i tworzą stopień mocy.

Podzespoły stosowane do wykonania jednostki sterującej są umieszczone i włączone na drugiej płytce elektronicznej.

Dwie płytki elektroniczne, tworzące moduł sterowania i mocy, są połączone ze sobą przez przewody elektryczne. Otóż połączenie elektryczne tych dwóch płytek wymaga dużej liczby połączeń pomiędzy dwoma stopniami. W konsekwencji, moduły sterowania i mocy są stosunkowo duże, co wymaga umieszczenia w odrębnej obudowie, odrębnej od obudowy zawierającej zespół elektromechaniczny alternatora-rozrusznika.

Więc, przeciwnie do alternatorów klasycznych, które są całkowicie zintegrowane w tej samej obudowie, alternator-rozrusznik wymaga dwóch obudów, to znaczy obudowy zawierającej sam alterPL 210 932 B1 nator-rozrusznik i obudowy zawierającej moduł sterowania i mocy. Alternator-rozrusznik wymaga więc więcej miejsca niż alternator klasyczny. Ponadto powoduje on dla użytkownika, dodatkowe trudności, w samochodzie, ponieważ to konstruktor samochodu ma połączyć ze sobą te dwie obudowy.

Istota wynalazku

Celem wynalazku jest złagodzenie tych ograniczeń stanu techniki. W tym celu, wynalazek proponuje moduł sterowania i mocy zminiaturyzowany i który może być włączony w obudowę alternatora-rozrusznika. Ten moduł zawiera jednostkę mocy w której tranzystory tej samej gałęzi mostka prostowniczego są pilotowane przez sterownik umieszczony w pobliżu tranzystorów i sterowane przez układ zarządzający który może być w pewnej odległości od sterownika. Więc wynalazek ma taką zaletę, że zmniejsza długość połączeń pomiędzy sterownikami i jednostką mocy. Pewne z tych połączeń są stosowane do pomiarów, na przykład pomiarów napięcia w jednostce mocy, zmniejszenie długości tych połączeń przeznaczonych do pomiarów zapewni dobrą dokładność pomiarów przez eliminowanie zakłóceń pasożytniczych pojawiających się przy połączeniach o dużej długości.

Sterownik jednostki sterującej według wynalazku może pilotować kilka tranzystorów jednocześnie, to znaczy tranzystorów tej samej gałęzi mostka prostowniczego. Ten sterownik ma więc taką zaletę, że ma nieduże rozmiary, realizując przy tym dużą liczbę funkcji. Ze względu na swoje stosunkowo nieduże rozmiary, może on być umieszczony w stopniu mocy, w pobliżu tranzystorów jednostki mocy, które pilotuje.

Urządzenie sterowania i mocy alternatora-rozrusznika według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera: pierwszy stopień zintegrowany ze wspomnianym alternatorem-rozrusznikiem, który jest utworzony z wielu zwartych, zintegrowanych elektronicznych podmodułów mocy, przy czym każdy wspomniany elektroniczny podmoduł mocy jest umieszczony na poziomie odpowiedniego wyjścia fazowego uzwojenia stojana alternatora-rozrusznika, oraz drugi stopień utworzony przez obudowę, który jest odmienny od wspomnianych elektronicznych podmodułów mocy i zawiera układ zarządzający, przy czym każdy wspomniany podmoduł mocy zawiera gałąź wspomnianego mostka tranzystorów mocy i sterownik, który steruje wszystkimi tranzystorami mocy wspomnianej gałęzi, i jest umiejscowiony możliwie najbliżej wspomnianych tranzystorów mocy, zaś wspomniany układ zarządzający steruje działaniem zespołu wspomnianych sterowników, i razem z nim tworzy wspomnianą jednostkę sterującą.

Korzystnie, sterownik zawiera na pierwszym boku, połączenia do układu zarządzającego, a na drugim boku, połączenia do jednostki mocy.

Korzystnie, drugi stopień jest umieszczony w obudowie na zewnątrz alternatora-rozrusznika.

Korzystnie, polecenia układu zarządzającego są wspólne dla wszystkich sterowników.

Korzystnie, każdy tranzystor stanowi zespół tranzystorów połączonych równolegle.

Objaśnienie figur rysunku

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, którego:

Fig. 1 już opisana, przedstawia w uproszczeniu moduł sterowania i mocy ze stanu techniki.

Fig. 2 przedstawia moduł sterowania i mocy według wynalazku.

Fig. 3 przedstawia różne połączenia sterownika w jednostce sterującej według wynalazku.

Fig. 4 przedstawia połączenia elektryczne pomiędzy sterownikiem i tranzystorami jednostki mocy którą pilotuje.

Fig. 5 przedstawia sposób integracji modułu sterowania i mocy według wynalazku, z tyłem obudowy alternatora-rozrusznika.

Fig. 6 przedstawia widok z przodu przykładu wykonania modułu mocy według wynalazku.

Fig. 7 przedstawia widok przekroju wzdłuż linii A-A z Fig. 6.

Fig. 8 przedstawia widok przekroju modułu mocy według innego przykładu wykonania.

Fig. 9 do 11 przedstawiają sposób połączenia z masą przykładów wykonania odpowiadających figurom 6 do 8.

Fig. 12 przedstawia inny przykład wykonania wynalazku.

Fig. 13 przedstawia widok przekroju tylnej tarczy łożyskowej zawierającej moduły elektroniczne mocy według wynalazku.

Fig. 14 przedstawia przykład wentylatora pokazanego na fig. 13.

Fig. 15, 16, 17 i 17a przedstawiają sposoby połączenia wyjść modułów elektronicznych wykonanych na poziomie pokrywy.

Fig. 18 i 19 przedstawiają widok osiowy tylny pokrywy maszyny elektrycznej.

Fig. 20 przedstawia alternator-rozrusznik ze stanu techniki.

Fig. 21 i 22 przedstawiają przykład wykonania modułów pokazanych na figurach 7 i 12.

PL 210 932 B1

Fig. 23 przedstawia widok przekroju z fig. 12.

Przykłady wykonania wynalazku

Na figurach elementy identyczne albo podobne będą oznaczone tymi samymi oznaczeniami odsyłającymi. Napięcie pokładowe odniesienia Ua może również być oznaczone B+.

Fig. 2 przedstawia moduł sterowania i mocy 100 według wynalazku, połączony z alternatorem-rozrusznikiem. Dokładniej, fig. 2 przedstawia alternator-rozrusznik 3 trójfazowy, którego każda faza φ1 , φ2 i φ3 jest połączona z jedną z gałęzi, odpowiednio B1, B2 i B3, jednostki mocy 1. Każda z 3 gałęzi mostka prostowniczego albo sterującego stanowiącego jednostkę mocy 1 jest identyczna. W konsekwencji, tylko gałąź BI będzie poniżej opisana szczegółowo.

Gałąź BI mostka prostowniczego 1 zawiera dwa wyłączniki 11 i 12, którymi w wynalazku, są tranzystory mocy. Tranzystor 11 jest tranzystorem „strony wysokiej gałęzi BI. Jest on włączony pomiędzy fazą φ1 alternatora-rozrusznika i zasilaniem Ua sieci pokładowej samochodu. Tranzystor 12 jest tranzystorem „strony niskiej BI. Jest on włączony pomiędzy fazą φΐ alternatora-rozrusznika i linią masy GND.

Moduł sterowania i mocy zawiera jednostkę sterującą 50 zawierającą z jednej strony, sterowniki 10, 20, 30, każdy z nich pilotuje tranzystory mocy tej samej gałęzi i korzystnie, te sterowniki porównują potencjały faz φΐ, φ2 i φ3 alternatora-rozrusznika z potencjałem masy mostka prostowniczego dla sterowania tranzystora 12 i z potencjałem wyjścia Ua mostka prostowniczego dla sterowania tranzystora 11, a z drugiej strony, układ zarządzający 2 sterownikami 10, 20 i 30.

Gałęzie mostka prostowniczego jak również sterowniki, które je pilotują tworzą pierwszy stopień 100b modułu według wynalazku. Układ zarządzający 2 tworzy drugi stopień 100a.

Sterownik 10 jest połączony, na wyjściu, z bramkami dwóch tranzystorów 11 i 12. Ten sterownik 10 jest sam połączony, przez swoje wejście, z układem zarządzającym 2.

Każdy sterownik 10, 20 i 30 jest sterowany przez ten sam układ zarządzający 2. Dlatego każdy sterownik otrzymuje na wejściu różne sygnały pochodzące z układu zarządzającego 2. Te sygnały są pokazane na fig. 3.

Te sygnały dzielą się na dwie kategorie:

- sygnały pokazane z lewej strony sterownika: są to sygnały pochodzące z układu zarządzającego; i

- sygnały pokazane z prawej strony sterownika: są to sygnały odbierane albo przesyłane z do jednostki mocy, to znaczy do tranzystorów, które pilotuje sterownik.

Jednym z sygnałów odbieranych z układu zarządzającego jest dodatkowe zasilanie, oznaczone ALG, które jest napięciem zasilania podawanym przez źródło pomocnicze do bramek tranzystorów 11 i 12. Sterownik otrzymuje również, z układu zarządzającego, sygnały z czujnika SC, które są informacjami dostarczanymi przez czujniki położenia wirnika alternatora-rozrusznika dla określenia położenia wirnika wirującej maszyny elektrycznej. Układ sterowania dostarcza również do sterownika informację VD potwierdzającą tryb pracy rozrusznika i informację VA potwierdzającą tryb pracy alternatora. Te dwa ostatnie sygnały umożliwiają sterownikowi rozeznanie czy alternator-rozrusznik powinien pracować, dokładnie w tym momencie, jako alternator albo jako rozrusznik.

Na figurze 3, pokazano również sygnały odbierane i wysyłane do jednostki mocy, to znaczy do tranzystorów 11 i 12 mostka prostowniczego. Sterownik odbiera potencjał zasilania Ua alternatora-rozrusznika, to znaczy potencjał zasilania sieci pokładowej. Odbiera również informację MUa która jest wejściem pomiaru potencjału tej linii Ua. Sterownik dostarcza na wyjściu sygnał GHS, który jest sygnałem sterującym bramki tranzystora mocy 11. Sterownik odbiera także wejście fazy PH pochodzące z alternatora-rozrusznika jak również pomiar MPH potencjału wejścia fazy. Sterownik dostarcza także na wyjście sterowanie GLS bramki tranzystora mocy 12. Na koniec, sterownik odbiera potencjał masy GND jak również pomiar MGND potencjału masy.

Na fig. 4, pokazano sterownik 10, 20, 30 modułu sterowania i mocy 100 według wynalazku, z jego różnymi składnikami i jego różnymi połączeniami. Na tej figurze 4, alternator-rozrusznik 3 dostarcza sygnał fazy φ do tranzystorów strony niskiej 12 i strony wysokiej 11 jak również wejścia PH sterownika. Dostarcza on także pomiar fazy do sterownika 10 na jego wejście MPH.

Na tej figurze 4, wejścia pomiarowe MPH MGND i MUA są pokazane z lewej strony sterownika dla uproszczenia figury. Praktycznie, jak pokazano na fig. 3, te trzy wejścia są umieszczone z prawej strony sterownika, to znaczy od strony jednostki mocy.

Tranzystor 12 jest połączony z masą GND jak również z wejściem MGND sterownika. Tranzystor 11 jest włączony z linią de napięcia Ua jak również z wejściem MUa sterownika.

PL 210 932 B1

Dwa komparatory C11 i C12 są włączone, odpowiednio, pomiędzy wejściami MUa i MPH i pomiędzy wejściami MPH MGND sterownika. Sygnał wyjściowy komparatora C11 dostarcza wartości porównania pomiędzy wartością fazy MPH i wartością napięcia odniesienia MUa. Sygnał wyjściowy komparatora C12 dostarcza wartości porównania pomiędzy wartością fazy MPH i wartością masy MGND. Te wartości porównań są następnie przetwarzane numerycznie przez układ logiczny 13, aby wywnioskować czy bramka tranzystora 11 i/lub bramka tranzystora 12 powinna zostać doładowana, i/lub rozładowana. Bramki G11 i G12 tranzystorów mocy odpowiednio 11 i 12 są ładowane, i/lub rozładowane przez źródła prądu, odpowiednio, SU i S12. Źródła prądu SU są wykonane, na przykład, z dwóch tranzystorów SHC i SHD. Źródła prądu S12 są wykonane, na przykład, z dwóch tranzystorów SLC i SLD. Więc, każdy tranzystor stanowi źródło prądu.

Wejście ALG ma podwyższony potencjał, podawany przez układ zarządzający 2 dla dokładnego ładowania bramki tranzystorów mocy 11 i 12, za pośrednictwem źródła prądu S11 i S12. Ten potencjał ALG może mieć, na przykład wartość: ALG = Ua + 16 wolt.

Działanie sterownika z fig. 4 jest następujące: w trybie pracy jako rozrusznik, czujniki położenia, umieszczone na wirniku alternatora-rozrusznika który pracuje jako maszyna synchroniczna, określają położenie wirnika. Sygnały czujników są przesyłane do układu zarządzającego 2, który przetwarza je i podaje na wejścia SC sterowników. Bramki G11 i G12 tranzystorów 11 i 12 są sterowane w funkcji sygnałów odbieranych na wejściu SC, za pośrednictwem układu logicznego 13 i źródeł prądu S11 i S12.

W trybie pracy jako alternator, tranzystory mocy 11 i 12 pracują jako prostowniki synchroniczne, to znaczy, że komparatory C11 i C12 wykrywają poziom fazy na wejściu MPH, w stosunku do potencjału masy na wejściu MGND i potencjału wyjściowego na wejściu MUa. Wynik tego porównania jest podawany na bramki G11 i G12 za pośrednictwem układu logicznego 13 i źródeł prądu S11 i S12.

Tryb pracy jako alternator albo rozrusznik jest wybrany na sterowniku przez odpowiednie wejścia logiczne VA i VD. Na przykład, gdy tryb alternatora jest wybrany, wejście VA otrzymuje sygnał logiczny 1, a wejście VD sygnał 0 i przeciwnie gdy tryb rozrusznika jest wybrany. Poziom logiczny 1 jest, na przykład, napięciem 5 woltów a poziom logiczny 0 napięciem zero.

Wejścia pomiaru faz MPH, potencjału MUa i masy MGND umożliwiają uniknięcie wpływu zakłóceń wytwarzanych przez prądy, które płyną w połączeniach PH, Ua i GND. Te zakłócenia mogą być wywołane, na przykład, przez rezystancję połączeń pomiędzy elementami pomiędzy sobą albo na podkładzie płytki elektronicznej.

Każdy sterownik jest umieszczony w pobliżu potencjałów PH, VA, GND do pomiaru, wejścia pomiarowe MPH, MVA, MGND wykorzystują połączenia o zmniejszonej długości co ponadto zmniejsza wrażliwość tych wejść w stosunku do zakłóceń, które mogą być przenoszone przez te połączenia co tłumaczy zalety architektury proponowanej według wynalazku.

Natomiast, układ zarządzający 2 może być oddalony od sterowników ponieważ przesyła on tylko potencjały mało krytyczne (zasilanie ALG, poziomy logiczne VA, VD, SC) przeciwnie do wejść pomiaru (MPH, MVA, MGND).

Bramki tranzystorów 11 i 12 powinny umożliwić podawanie potencjałów wyższych od wyjściowego potencjału Ua alternatora-rozrusznika. W tym celu, układ sterowania podaje na zacisk ALG napięcie Ua + 16 woltów, +/-1 co umożliwia zasilanie bramek G11 i G12 tranzystorów 11 i 12. Jeżeli napięcie na zacisku ALG nie jest wystarczające, to tranzystory mocy 11 i 12 stanowią przerwę.

Działanie modułu sterowania i mocy 100 według wynalazku będzie teraz opisane. W spoczynku, to znaczy gdy samochód jest zatrzymany i gdy kluczyk stykowy jest otwarty (to znaczy nie obrócony w zamku wyłącznika zapłonu), to tranzystor 11 jest otwarty podczas gdy tranzystor 12 jest zamknięty. Ten warunek jest uzyskany, gdy oba wejścia logiczne VD i VA są na poziomie 0. Gdy silnik samochodu jest zatrzymany i gdy kluczyk stykowy jest otwarty, układ zarządzający 2 jest nieaktywny i nie może podać napięcie Ua + 16 woltów na wejście ALG sterownika. W konsekwencji, podaje się na bramkę G12 tranzystora 12 napięcie, którego wartość minimalna jest Ua - 1 woltów.

Innymi słowy, gdy kluczyk jest otwarty i gdy VD i VA są równe 0 to napięcie bramki tranzystora 11 jest mniejsze albo równe 0,2 woltów a napięcie bramki tranzystora 12 jest wyższe od Ua - 1 woltów. Innymi słowy, tranzystor 12 jest zamknięty podczas gdy tranzystor 11 jest otwarty, co utrzymuje potencjał stojana na potencjale masy.

Prąd pobierany przez sterownik, w tych warunkach, jest mniejszy od 10 mikroamperów, przy 25°C.

Gdy samochód jest zatrzymany i gdy przekręca się kluczyk stykowy w zamku wyłącznika zapłonu (to znaczy kluczyk stykowy jest zamknięty) to powoduje uruchomienie układu sterowania 2. Układ zarządzający 2 jest więc aktywny i może dostarczać napięcie Ua + 16 woltów na wejściu ALG sterow8

PL 210 932 B1 nika. W tych warunkach, potencjał bramki G11 tranzystora 12 jest ograniczony do 15 +/- 1 woltów. Innymi słowy, gdy kluczyk jest zamknięty i gdy VD i VA są równe 0, to napięcie bramki tranzystora 11 jest mniejsze albo równe 0,2 woltów a napięcie bramki tranzystora 12 jest równe 15 +/- 1 woltów.

W trybie pracy jako rozrusznik, wejścia potwierdzające VD i VA nie są już oba równe 0. W trybie rozrusznika pojawia się także wejście sygnału czujnika SC. Więc, w trybie pracy rozrusznika, mostek prostowniczy pracuje jako falownik. Każda gałąź mostka prostowniczego jest synchronizowana z sygnałem czujnika SC, przyłożonym do odpowiedniego sterownika. Tryb pracy falownika jest uzyskany gdy VD jest równe 1 i gdy wejście VA jest równe 0.

Więc, jeśli SC = 0 i VA = 0 i VD = 1, to napięcie bramki G11 tranzystora 11 jest niższe od 0,2 wolta i napięcie bramki G12 tranzystora 12 jest równe 15 +/- 1 woltów. Przeciwnie, jeśli SC = 1 i VA = 0 i VD = 1, to napięcie bramki G11 tranzystora 11 jest równe 15 +/- 1 woltów a napięcie bramki G12 tranzystora 12 jest niższe od 0,2 wolta. Układ sterowania i mocy 100 pracuje więc jako falownik, podane napięcia wskazują, że fazy Ph1, Ph2 i Ph3 leżą w położeniu wirnika w funkcji sygnałów SC1, SC2 i SC3 podawanych przez czujniki położenia po przetworzeniu przez układ zarządzający 2.

W trybie pracy jako alternator, mostek prostowniczy pracuje jako prostownik synchroniczny. Ta funkcja jest uaktywniona gdy wejście potwierdzające VA jest równe 1 podczas gdy wejście VD jest równe 0. W tym przypadku, komparatory C11 i C12 sterownika porównują, z jednej strony, napięcia fazy PH z napięciem Ua, a z drugiej strony, napięcie fazy PH z potencjałem masy GND. Wynik porównania umożliwia otworzyć i/lub zamknąć tranzystory 11 i 12 pracujące w synchronizmie z prądami płynącymi w uzwojeniu twornika alternatora-rozrusznika. Wynik na bramkach tranzystorów 11 i 12 jest następujący:

- Jeżeli PH > Ua i VD = 0 i VA = 1 to napięcie bramki G11 tranzystora 11 jest równe 15 +/- 1 woltów a napięcie bramki G12 tranzystora 12 jest niższe od 0,2 wolta, i w konsekwencji: tranzystor 11 jest zamknięty a tranzystor 12 otwarty.

- Jeżeli Ua > PH > GND i VD = 0 i VA = 1 to napięcie bramki G11 tranzystora 11 jest niższe od 0,2 wolta i napięcie bramki G12 tranzystora 12 jest także niższe od 0,2 wolta, i w konsekwencji: tranzystory 11 i 12 są zamknięte.

- Jeżeli GND > PH i VD = 0 i VA = 1 to napięcie bramki G11 tranzystora 11 jest niższe od 0,2 wolta i napięcie bramki G12 tranzystora 12 jest równe 15 +/- 1 woltów i w konsekwencji: tranzystor 12 jest zamknięty a tranzystor 11 otwarty.

W klasycznym trybie pracy prostowniczej, układ sterowania 2 może sterować otwarciem wszystkich tranzystorów mocy 11, 12, 21, 22, 31 i 32 mostka prostowniczego dla uniemożliwienia prostowania synchronicznego. Ten tryb pracy jest uzyskany gdy dwa wejścia potwierdzające VD i VA są na poziomie logicznym 1. Prostowanie realizuje się wówczas za pomocą diod właściwych dla technologii tranzystorów MOS.

W przypadku, gdy VD = 1 i VA = 1 to napięcie bramki G11 tranzystora 11 i napięcie bramki G12 tranzystora 12 są każde niższe od 0,2 wolta.

Napięcia bramki tranzystorów mocy 11 i 12 są sterowane przez źródła prądu stałego, dla uproszczenia nie pokazane na figurze. Sterowanie zamknięciem jest realizowane przez prąd obciążenia bramki na przykład 100 miliamperów, a sterowanie otwarciem na przykład przez prąd rozładowania bramki 400 miliamperów.

Na fig. 5, pokazano przykład zintegrowania modułu sterowania i mocy według wynalazku, na tyle alternatora-rozrusznika. Rzeczywiście, fakt wykorzystania jednego sterownika dla sterowania dwóch tranzystorów tej samej gałęzi mostka prostowniczego umożliwia zmniejszenie liczby połączeń do jednostki zarządzającej 2.

Zwłaszcza, sterownik jest realizowany w taki sposób, że z jednej strony zawiera jedynie połączenia biegnące do jednostki mocy, a z drugiej strony, jedynie połączenia biegnące do układu zarządzającego 2. W ten sposób, sterownik może być łatwo włączony w pobliżu tranzystorów mocy, które pilotuje. Ponadto, w tym przykładzie wykonania, tylko cztery połączenia są konieczne pomiędzy sterownikiem i układem zarządzającym 2, trzy z tych czterech połączeń są ponadto wspólne dla wszystkich sterowników. Jest więc łatwo oddzielić układ zarządzający 2 sterowników. Wielkość układu zarządzającego 2 w wyniku tego rozdzielenia będzie więc bardzo wyraźnie zmniejszona. Układ zarządzający 2 może więc być zintegrowany z innym osprzętem samochodu.

W przykładzie z fig. 5, moduł sterowania i mocy 100 jest zintegrowany z tyłem alternatora-rozrusznika. Na fig. 5, pokazano powierzchnię tylną alternatora-rozrusznika z wyjściami jego faz i wirnika. W przypadku figury 5, każdy sterownik jest umieszczony w pobliżu tranzystorów mocy, któPL 210 932 B1 rymi steruje, zespół jest umieszczony w pobliżu jednego z wyjść faz alternatora-rozrusznik. Na przykład, sterownik 10 jest włączony tuż przy tranzystorach 11 i 12 gałęzi B1 mostka prostowniczego, zespół tranzystorów i sterownika jest umieszczony w pobliżu wyjścia fazy φ>1 alternatora-rozrusznika. Również, sterownik 20 i tranzystory 21 i 22 gałęzi B2 mostka prostowniczego są umieszczone w pobliżu wyjścia fazy φ2, a sterownik 30 i tranzystory gałęzi B3 są umieszczone w pobliżu wyjścia fazy φ3 alternatora-rozrusznika.

W przykładzie z fig. 5, każda gałąź mostka prostowniczego zawiera kilka tranzystorów strony wysokiej i kilka tranzystorów strony niskiej. Rzeczywiście, w przypadku klasycznym, kilka tranzystorów (często 2 do 4) jest włączonych równolegle tak aby utworzyć większy tranzystor mocy. Niezależnie od tego czy jest tylko jeden tranzystor mocy czy kilka tranzystorów włączonych równolegle, działanie jest identyczne do tego, które właśnie opisano.

Koniec wału 4 (pokazany schematycznie jako kółko na fig. 5), który niesie wirnik wirującej maszyny elektrycznej zawiera czujniki położenia 5, które dostarczają wskazówki o położeniu wirnika do układu zarządzającego 2. Te informacje o położeniu wirnika są przetwarzane przez układ zarządzający 2 następnie przesyłane do wejść SC sterowników 10, 20 i 30.

Korzystnie, połączenia realizowane pomiędzy jednostką zarządzającą 2 i różnymi sterownikami tworzą łuk koła umieszczony wokół wału 4 niosącego wirnik.

W przypadku fig. 5, moduł sterowania i mocy 100 jest zintegrowany z obudową alternatora-rozrusznika. Ten zespół może także być zintegrowany z innym osprzętem samochodu, jak z obudową zarządzania ładowaniem baterii.

Jest także możliwe zintegrowanie jedynie jednostki mocy z odpowiednimi sterownikami 10, 20, 30 i umieszczenie układu zarządzającego 2 w obudowie zewnętrznej w stosunku do alternatora-rozrusznika. Na przykład, układ zarządzający 2 może być zintegrowany w obudowie baterii albo w obudowie układu zarządzającego baterią albo także w obudowie układu zarządzającego odbiornikami (człon sterowania).

W innym przykładzie wykonania, moduł sterowania i mocy 100 jest zintegrowany w niezależnej obudowie, zewnętrznej w stosunku do alternatora-rozrusznika ale bardziej zwartej niż w stanie techniki.

Fig. 6 pokazuje przykład wykonania pierwszego stopnia 100b modułu sterowania i mocy 100 według wynalazku. Jak opisano poprzednio, ten pierwszy stopień zawiera dla każdej gałęzi prostowniczej, odpowiadającej jednej fazie stojana, sterownik 10 pomiaru i sterowania jak również dwa tranzystory mocy. Więc, rozważając pierwszą gałąź mostka prostowniczego albo sterującego mamy sterownik 10 jak również dwa tranzystory mocy 11 i 12 opisane poprzednio.

Według wynalazku, ten pierwszy stopień sterowania i mocy jest korzystnie realizowany w obudowie niezależnej. Trzy gałęzie mostka są identyczne, jest więc możliwe wykorzystanie obudowy mocy identycznej dla każdej z gałęzi mostka.

Jak pokazano na fig. 6, która przedstawia pierwszy stopień modułu sterowania i mocy w widoku z przodu, podzespoły elektroniczne mocy 11 i 12 są umieszczone na ścieżkach metalowych 104.

Korzystnie, użyta technologia jest technologią zwaną montażu chipów albo gołych chipów, w której podzespół, pozbawiony obudowy ochronnej jest bezpośrednio mocowany na płytce. Rzeczywiście, ta obudowa elektroniczna, umieszczona pod pokrywą silnika samochodu jest poddana silnym naprężeniom termicznym i należy tu unikać wykorzystania podzespołów w obudowie z tworzywa sztucznego. Korzystne, jest więc zalecane wykorzystanie podzespołów w obudowie metalowej albo podzespołów zamontowanych w technologii zwanej montażu chipów albo w której podzespół jest montowany na ścieżce metalowej. Sieć uzyskana przez zespół ścieżek metalowych stanowi to co nazywa się ramką wyprowadzeniową.

Dla sterowania faz uzwojenia maszyny elektrycznej w trybie pracy jako rozrusznik, jest konieczne wtryskiwanie bardzo silnych prądów. Te prądy mogą osiągać wartość około 1000 amperów gdy przyrząd pracuje pod napięciem sieci pokładowej tradycyjnie około 12 woltów.

Więc, tranzystory strony niskiej i strony wysokiej 11 i 12 mogą być utworzone przez połączenie równolegle co najmniej dwóch tranzystorów mocy odpowiednio 11a, 11b i 12a, 12b.

Korzystnie moduł mocy 100b zawiera termistor 102 (czujnik temperatury) dostępny przez połączenia TH1, TH2.

Sterownik 10 jest poddawany temperaturom wyraźnie niższym od temperatury panującej na poziomie tranzystorów mocy. Tak samo jest dla ścieżek przewodzących sygnały sterujące albo pomiary ALG, SC, VD, GLS, GHS, TH... funkcjonalności poprzednio opisanych.

PL 210 932 B1

Sterowanie alternatora-rozrusznika, w którym występują bardzo silne prądy, stawia bardzo liczne problemy koncepcyjne przed fachowcem dla zrealizowania sterowania o małych rozmiarach i gdzie jest zrównoważony rozpływ prądów i rozkład temperatur wewnątrz modułu.

Więc, według wynalazku, każdy moduł, odpowiadający jednej gałęzi mostka, jest połączony z każdą z faz i pracuje w sposób niezależny bez przewodzenia prądów pochodzących z innych modułów. Więc ścieżka niosąca wyjście Ua jest połączona w jednym miejscu z przewodem mocy, który grupuje prądy pochodzące ze wszystkich modułów. Każdy z modułów pracuje więc w sposób niezależny, bez przewodzenia albo zakłócania przez prądy należące do innych modułów. Z drugiej strony, tranzystory mocy 11a i 12a są korzystnie połączone w sposób doskonale symetryczny na ścieżce metalowej w stosunku do wejścia fazy φΐ. Uzyskuje się więc rozpływ prądów doskonale zrównoważony. Również dla tranzystorów mocy strony wysokiej 12a i 12b, które są zamontowane na ich ścieżce metalowej w sposób możliwe jak najbardziej symetryczny z tych samych powodów. To jest bardzo ważne aby nie zakłócać zrównoważenia prądów w tranzystorach mocy które powinny pracować równolegle z identycznymi prądami. Więc, aby uzyskać moduł mocy dobrze zrównoważony prądowo według wynalazku i jak pokazany na fig. 6, tranzystory mocy strony niskiej i strony wysokiej są zamontowane w sposób możliwie prostopadły w stosunku do siebie. Ta konfiguracja ma ponadto taką zaletę, że realizuje wszystkie połączenia przez spawanie przewodów bez żadnych pokryć na jakichkolwiek ścieżkach sygnałowych albo mocy. Więc, wszystkie połączenia są realizowane krótkimi przewodami 101 co ma taką zaletę, że uzyskuje się moduł pewnie odporny zwłaszcza na wibracje. Rzeczywiście, środowisko samochodu jest bardzo wibracyjne i przewody łączone przez spajanie są poddawane silnym wibracjom, które mogą je przerwać i spowodować wadliwą pracę systemu alternator-rozrusznik. Maksymalne zmniejszenie długości przewodów łączących zwiększa ich częstotliwość rezonansową co sprawia, że nie są wrażliwe na wibracje przykładane do modułu mocy.

Jak podano poprzednio, celem wynalazku jest zrealizowanie sterowania dla alternatora-rozrusznika zwartego, z dużą mocą chłodzenia, mającego przy tym dużą niezawodność pracy w czasie.

Dla realizowania takiego modułu mocy zdolnego do przewodzenia prądów mogących dochodzić do około 1000 amperów, w stanie techniki zaproponowano pewne rozwiązania.

Moduł mocy mógłby być zrealizowany w znanej technologii z podłożem typu DBC (Direct Bounded Copper), które zawiera trzy warstwy. Pierwsza warstwa stanowi ścieżkę metalową grawerowaną tworząc połączenia układu elektrycznego, druga warstwa pośrednia jest płytką z materiału izolującego elektrycznie takiego jak ceramika, na przykład tlenek glinu i trzecia warstwa jest płytką metalową utworzoną przez miedź albo miedź niklowaną. Uzyskuje się więc strukturę warstwową miedź-tlenek glinu-miedź.

Zespół stanowiący podłoże typu DBC i podzespoły elektroniczne mocy lutowane albo spajane jest z kolei lutowany na płytce miedzianej, tworząc podstawę mechaniczną i radiator cieplny. W tej technologii, ścieżki miedziane mają małą grubość dla przewodzenia dużych prądów, jest konieczne znaczne zwiększenie powierzchni ścieżki co zwiększa bardzo silnie rozmiar modułu mocy. Ponadto, ta technologia nie jest przydatna do zastosowań gdzie występują silne prądy ponieważ pojemność cieplna oferowana przez małą grubość miedzi nie jest wystarczająca. Z drugiej strony, jest bardzo trudno realizować szczególne kształty, takie jak kształty zaokrąglone, które są szczególnie przydatne dla integrowania w zastosowaniach takich jak na przykład tył wirującej maszyny elektrycznej ze względu na kruchość tlenku glinu. Z drugiej strony, tlenku glinu jest mało odporny na wibracje, takie jakie występują wewnątrz bloku silnika samochodu.

Podłoże może również być typu SMI (Podłoże Metalowe Izolowane). W tym przypadku, płytka ceramiczna jest zastąpiona przez płytkę z żywicy, mogącą nieść pierwszą warstwę stanowiącą ścieżkę metalową miedzianą bardzo cienką. Trzecia warstwa rozpraszająca ciepło może w tym przypadku być płytką metalową z aluminium albo miedzi.

W przypadku gdy stosowane podłoże jest podłożem typu DBC, moduł mocy jest mocny i przenosi dużą moc ale koszt produkcji jest podwyższony. W przypadku podłoża typu SMI, wycięta ścieżka metalowa może być bardziej złożona i można umieścić na niej większą liczbę podzespołów elektronicznych mocy, ale moduł jest mniej odporny na duże moce i ostre naprężenia środowiskowe. Jednakże, jest możliwe w technologii SMI dodanie dodatkowej powierzchni miedzianej położonej pomiędzy chipem i ścieżką metalową z cienkiej miedzi dla umożliwienia lepszego odprowadzania ciepła. To rozwiązanie, złożone w realizacji, jest mało zadawalające z punktu widzenia ekonomiki.

PL 210 932 B1

W obu tych przypadkach, droga cieplna pomiędzy podzespołami elektronicznymi mocy i elementami chłodzenia zewnętrznego modułu mocy jest długa, ponieważ wymaga przejścia co najmniej licznych warstw podłoża jakie zawierają te dwie technologie.

Celem wynalazku jest złagodzenie niedogodności klasycznych modułów mocy, przedstawiając moduł mocy którego wytwarzanie jest tańsze, i którego struktura umożliwia sprawne chłodzenie za pomocą elementów chłodzenia zewnętrznego i przy małej liczbie połączeń cieplnych do pokonania.

Więc jak pokazano na fig. 7 moduł mocy zawiera ścieżki metalowe mocy 104 przeznaczone do przyjmowania na przykład podzespołów mocy 11a i 11b dołączonych do wyjścia faz uzwojenia stojana maszyny elektrycznej. Ta sama ścieżka metalowa może również nieść termistor 102 dla oszacowania temperatury modułu. Moduł mocy, jak opisano poprzednio może zawierać inne ścieżki metalowe mocy 104. Więc jak pokazano na fig. 7, inna ścieżka metalowa mocy niesie podzespół mocy 12 połączony z wyjściem +Ua w tym przykładzie wykonania.

Korzystnie, ścieżki metalowe są realizowane z tej samej płytki metalowej przewodzącej w której ścieżki metalowe są na przykład realizowane przez wytłaczanie. Korzystnie, dla uzyskania zwartego modułu według wynalazku, ścieżki metalowe realizowane z płytki metalowej, korzystnie z miedzi, mają dużą grubość dla przepływu silnych prądów. Więc grubość ścieżek może zmieniać się pomiędzy 0.6 mm i 2 mm. Stosowane wspomniane techniki nie umożliwiają uzyskania ścieżki o takiej grubości na samym podłożu. Rzeczywiście grubości zwykle stosowane dla wykonania ścieżek nie przekraczają znacznie grubości 400 μm. Z oczywistych powodów, nie jest rozważane realizowanie ścieżki o takiej grubości przez operacje klasycznego grawerowania.

Dla zapewnienia dobrego rozmieszczenia ścieżek w stosunku do siebie, mostki metalowe są realizowane podczas operacji wytłaczania.

Oczywiście, te mostki metalowe będą usunięte podczas operacji usunięcia boczników, która będzie realizowana na końcu procesu.

Korzystnie dla uproszczenia wykonania modułu mocy, ścieżki metalowe małej mocy przeznaczone na przykład dla sygnałów sterujących mogą również być realizowane z tej płytki metalowej dużej grubości, ich rozmieszczenie jest również realizowane przez mostki metalowe. Zespół ścieżek metalowych stanowi ramkę z zewnętrznymi wyprowadzeniami.

Aby uzyskać ramkę z zewnętrznymi wyprowadzeniami mającą dobrą kohezję mechaniczną, jest konieczne dopasowanie jej do przyrządu dla utworzenia podstawy. Ponadto, ta podstawa powinna być zdolna do sprawnego odprowadzania ciepła emitowanego przez przepływ silnych prądów. Więc według wynalazku, zaproponowano wtryskiwanie żywicy 107 w wolne przestrzenie pomiędzy ścieżkami metalowymi. Ta operacja może być łatwo realizowana przez umieszczenie ramki z zewnętrznymi wyprowadzeniami pomiędzy dwoma płytkami stanowiącymi formę do wtrysku. Więc, po zakończeniu operacji wtryskiwania żywicy wszystkie szczeliny pomiędzy ścieżkami są wypełnione przez żywicę. Operacja usunięcia boczników może być realizowana na zakończenie tej operacji.

Korzystnie żywica będzie typu termoplastycznego takiego jak PPS (polisiarczek fenylu) albo PA 6.6 (poliamid 6.6) albo PBT (tereftalat polibutylenu). PPS ma ponadto taką zaletę, że jest niepalny (norma UL94V0).

Dla zwiększenia kohezji mechanicznej podstawy utworzonej przez ramkę z zewnętrznymi wyprowadzeniami i żywicę, formy mogą zawierać otwory aby żywica pokrywała miejscowo ścieżki metalowe na małym kawałku 140 jak pokazano na fig. 8. W tym samym duchu, brzeg ścieżek metalowych może mieć szczególne kształty, takie jak skos 141 dla zapewnienia lepszego mocowania żywicy.

Po operacji usunięcia boczników, podzespoły, zwłaszcza podzespoły mocy, mogą być mocowane na ścieżkach metalowych na przykład przez lutowanie w procesie podgrzewania przez laser albo przez piec (konwekcja albo podczerwień). To lutowanie umożliwia styk elektryczny i cieplny pomiędzy podzespołem i ścieżką metalową.

Więc według wynalazku i jak pokazano na fig. 8, uzyskuje się moduł elektroniczny mocy w którym ścieżki metalowe, niosące zwłaszcza podzespoły mocy 117, są dostępne z zewnątrz przez powierzchnie 114 przeciwne do powierzchni niosących podzespoły.

Podstawa modułu mocy według wynalazku jest realizowana tak, że co najmniej ścieżki metalowe mocy są częściowo dostępne na ich powierzchniach górnych i dolnych, powierzchnia górna jest przeznaczona do przyjmowania podzespołu elektronicznego mocy, a powierzchnia dolna 114 przeznaczona do współpracy z przyrządem chłodzącym takim jak radiator 113 pokazany na fig. 7. Korzystnie, części powierzchni dolnych ścieżek metalowych są dostępne na wprost podzespołów mocy

PL 210 932 B1 które niosą na swoich powierzchniach przeciwnych górnych, aby uzyskać dobre chłodzenie podzespołów mocy.

Aby zapewnić dobry styk cieplny pomiędzy powierzchnią 114 i powierzchnią górną 115 radiatora 113, jest przewidziane umieszczenie elementu 108 korzystnie elastycznego przewodnika ciepła i nie przewodzącego elektryczności aby z jednej strony dobrze odprowadzać ciepło, i z drugiej strony, aby izolować elektrycznie ścieżki metalowe pomiędzy sobą. Taki element może na przykład być tkaniną szklaną impregnowaną żywicą epoksydową albo poliamidem (TVI) albo żywicą termoplastyczną termoprzewodzącą z przemianą fazową. Materiał termoprzewodzący i izolujący elektrycznie ma dwie powierzchnie klejące albo klej termoprzewodzący 108 zawierający kulki szklane tworzące rozpórki przewodzące. Żywica z przemianą fazową ma taką zaletę, że rozpływa się pod działaniem ciepła. Więc jeżeli radiator albo powierzchnia dolna modułu mocy ma nierówną powierzchnię to żywica z przemianą fazową może wypełnić nierówności. Korzystnie, ścieżki prowadzące do wyjścia modułu dla połączenia zewnętrznego mają korzystnie kolanko 118 skierowane w górę modułu w taki sposób, aby oddalać się od powierzchni górnej 115 radiatora 113.

Taki moduł, odpowiadający każdej z gałęzi mostka może być wytwarzany w bardzo dużych ilościach. W tym przypadku, będzie miał i bardzo dużą kohezję mechaniczną, zachowując przy tym zdolność odprowadzania ciepła. Więc, jak pokazano na fig. 7, jest przewidziane umieszczenie pod modułem mocy płytki metalowej 109 tworzącej podstawę o potencjale masy. Ta podstawa jest utrzymywana w pierścieniu izolującym 110 realizowanym korzystnie przez formowanie. Ze względu na parametry mechaniczne, ten pierścień jest korzystnie wykonany z PPS. Pokrywa jest mocowana na tym pierścieniu i z tych samych powodów jest również z PPS.

Ta pokrywa jest mocowana na przykład za pomocą śrub 119 które wnikają w pierścień 110. W innych przykładach wykonania, ta pokrywa może być mocowana na przykład przez klejenie albo przez elementy spawane takie jak spawanie ultradźwiękowe albo przez tarcie.

Wewnątrz modułu mocy, pod pokrywą 105 modułu mocy, materiał wypełniający 120 może być ułożony dla wypełnienia wolnej przestrzeni wokół podzespołów elektronicznych i pomiędzy połączeniami przewodowymi na przykład typu spajanych przewodów. Ten materiał 120 wypełniający, poza swoją funkcją uszczelnienia, ma taką zaletę, że wzmacnia kohezję mechaniczną podstawy utworzonej przez ścieżki metalowe i otaczającą je żywicę.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 7 izolator elektryczny i przewodnik cieplny jest umieszczony pomiędzy podstawą metalową 109 i powierzchnią dolną 114 ścieżek metalowych. Jak opisano poprzednio na fig. 8 ten izolator elektryczny 108 i przewodnik cieplny może być z TVI albo żywicy termoplastycznej termoprzewodzącej z przemianą fazową.

Korzystnie, ta izolacja jest naklejona na dwóch powierzchniach, z jednej strony od strony ścieżek metalowych i z drugiej strony od strony podstawy metalowej 109. Więc, ta podstawa zapewnia skuteczną ochronę przeciwnej strony ścieżek metalowych i umożliwia uzyskiwanie modułu o dobrej kohezji mechanicznej i ułatwionej manipulacji.

Ta podstawa 109 jest wykonana z materiału przewodzącego ciepło i stanowi część radiatora, stykając się z powierzchnią dolną 114 chłodzonych ścieżek metalowych.

Jak pokazano na fig. 7 występ 106, korzystnie wychodzący z materiału pokrywy ochronnej 105, opiera się co najmniej o jedną ścieżkę metalową. W przypadku gdy materiał wypełniający 120 jest wprowadzony nad podzespołami elektronicznymi, to materiał wypełniający znajduje się wokół tego występu.

Ten występ powoduje z jednej strony zapewnienie dobrej kohezji mechanicznej zespołu tego modułu mocy przez utworzenie modułu sztywnego, a z drugiej strony, występ, który naciska na ścieżkę metalową podczas mocowania pokrywy na przykład przez przykręcanie, powoduje lekkie wybrzuszenie 121 powierzchni dolnej 122 podstawy metalowej modułu mocy.

Więc według wynalazku, to wybrzuszenie powierzchni dolnej 122 modułu mocy powoduje również dobre odprowadzanie ciepła do radiatora. Rzeczywiście, gdy moduł mocy jest mocowany na przykład przez przykręcanie na radiatorze 113 na poziomie otworów śrub 111 wybrzuszenie, pod naciskiem przykręcania zapewnia doskonałe spłaszczenie modułu mocy przy radiatorze 113 zapewniając dobry styk elektryczny pomiędzy podstawą 109 i radiatorem 113. Otwór na śrubę 111, który jest wyrównany w przykładzie wykonania z otworem 112 w podstawie, może również być wykonany przez formowanie w swojej części górnej z PPS dla odporności na siły skręcania.

W odmianie, materiał termoprzewodzący taki jak TVI, może być umieszczony pomiędzy radiatorem i modułem mocy. W tym przypadku, połączenie z masą będzie wykonane przez element połączePL 210 932 B1 nia elektrycznego, taki jak zacisk, łączący podstawę 109 na poziomie otworu 112 z pokrywą łączącą, ten element przechodzi na przykład przez otwór 606 pokrywy. Oczywiście, ten zacisk będzie izolowany elektrycznie od radiatora 113.

W odmianie, występ 106 może być zastąpiony przez ściankę albo część ścianki uformowanej na części ścieżki podczas operacji formowania pierścienia 110. Oczywiście, wysokość ścianki będzie określona tak, że operacja mocowania pokrywy 105 będzie wywierała wystarczający nacisk na ściankę, aby wywołać lekkie wybrzuszenie podstawy 109.

Podzespoły mocy 11a i 11b są włączone pomiędzy masą i wyjściem fazy uzwojenia stojana. W trybie pracy jako rozrusznik, przewodzą one bardzo silne prądy. Połączenia z masą powinny być możliwie jak najkrótsze, aby ograniczyć nagrzewanie. Jedno rozwiązanie polega na przykład na doprowadzeniu płytek masy do pierścienia 110 i wykonanie połączeń do tych płytek. Jednakże, długość tych przewodów będzie dosyć duża.

Inne rozwiązanie pokazane na fig. 7 polega na osiągnięciu masy bezpośrednio z płytki metalowej 109 tworzącej podstawę.

W pierwszym przykładzie wykonania jak pokazano na figurach 9 i 10, zgrubienia 123 są wykonane na podstawie. Te zgrubienia są przeznaczone do przyjmowania przewodów łączących 126 dla utworzenia układu mocy. Te połączenia są korzystnie typu przewodów spajanych. Podczas wykonania formowania z żywicy na poziomie ścieżki metalowej, trzeba oczywiście przewidzieć otwory 124 pozbawione żywicy dla zapewnienia przejścia do góry płytki albo zgrubienia 123. Również, izolacja 108, taka jak wspomniana TVI, powinna korzystnie być porozcinana aby mogła być umieszczona wokół płytek 123. Taka konfiguracja ma taką zaletę, że ma krótkie przewody łączące.

W odmianie i jak pokazano na fig. 11, otwór w żywicy 107 i w izolacji 108 jest wykonany w taki sposób aby dosięgnąć bezpośrednio podstawę metalową 109 stanowiącą masę. To rozwiązanie umożliwia wyeliminowanie zgrubień 123.

Fig. 12 pokazuje przykład wykonania modułu mocy 250 dla alternatora-rozrusznika, który integruje całą elektronikę mocy trzech gałęzi mostka układu sterowania i prostowania alternatora-rozrusznika. Więc oznaczenie 200 pokazuje podmoduł mocy. Ten podmoduł odpowiada elektronice mocy jednej gałęzi mostka przeznaczonej dla jednego wyjścia faz uzwojenia stojana maszyny elektrycznej. Ramka z zewnętrznymi wyprowadzeniami każdego z tych podmodułów odpowiada na przykład opisanym na fig. 6.

Ten przykład wykonania ma taką zaletę, że jest ekonomiczny, z jednej strony w liczbie elementów do umieszczenia na przyrządzie chłodzącym, a z drugiej strony, w zakresie braków montażowych.

Korzystnie, każdy z tych podmodułów jest oddzielony przez ściankę 201. Ta ścianka 201 jak również pierścień obwodowy 110 są korzystnie realizowane podczas tej samej operacji formowania. Korzystnie, te ścianki i ten pierścień zamykają końcówki łączące 202 i 203. Jak pokazano na figurach 7 i 12, końcówki 203 zorientowane ku górze modułu różnią się od płytek 203a masy, płytek 203b B+ albo Ua odpowiadających napięciu sieci pokładowej i płytek 203c dla sygnałów małej mocy. Końcówki 202 są zorientowane w stronę ścieżek metalowych mocy 104 i sterujących 130. Te końcówki 202 są połączone ze wspomnianymi ścieżkami metalowymi przez połączenia przewodowe typu przewody spajane. Dla połączenia ścieżek metalowych mocy z odpowiadającymi końcówkami 202, jest przewidziane wykonanie kilku połączeń przewodowych równoległych dla przewodzenia prądu bez nadmiernego grzania.

Końcówki mocy 205 są bezpośrednio połączone z przewodami wyjściowymi faz uzwojenia stojana. Końcówki 205 są poddawane siłom wibracji podczas pracy wirującej maszyny elektrycznej. Połączenia przewodowe 204 które łączą końcówkę 205 poprzez końcówkę 202 odpowiadają stanowi rozłączenia mechanicznego i cieplnego z podmodułem mocy co przyczynia się do zwiększenia niezawodności modułu mocy.

Końcówki 202 wychodzą ku górze aby mogły być dostępne na poziomie płytek 203. Korzystnie, końcówki 202 i 203 są realizowane bezpośrednio ze ścieżek metalowych podzespołu ramki z zewnętrznymi wyprowadzeniami modułu elektronicznego. Te ścieżki metalowe mają dużą grubość, końcówki 203 mają dużą sztywność co ułatwia ich umieszczenie dla połączenia zewnętrznego, na przykład za pomocą pokrywy 511 zawierającej ścieżki metalowe.

Taki moduł może być bezpośrednio mocowany na radiatorze zewnętrznym 13.

W pierwszym przykładzie wykonania montażu jest przewidziane mocowanie, na przykład przez przykręcanie, pierścienia 110 do ścianek 201 na radiatorze zewnętrznym.

PL 210 932 B1

W trzech obszarach z których każdy jest przeznaczony dla podmodułów 200, umieszcza się na radiatorze zewnętrznym przekładkę cieplną i nie przewodzącą. Korzystnie, ta przekładka 108 stanowi klej zawierający kulki szklane, te kulki szklane grają rolę przekładek dla zapewnienia stałej grubości pomiędzy powierzchnią górną radiatora i podmodułami mocy. Następnie nakłada się na ten klej podstawę utworzoną przez ramkę z zewnętrznymi wyprowadzeniami i żywicę termoplastyczną odpowiadającą każdemu z tych podmodułów. Oczywiście każda inna przekładka cieplna i izolująca elektrycznie, taka jak TVI albo dwustronna taśma klejąca może być również odpowiednia. W jednym przykładzie wykonania, ta podstawa odpowiada podstawie opisanej na fig. 8 z tym, że nie zawiera uformowanego pierścienia 110. W tym przykładzie wykonania, ścieżki metalowe mocy 104 stykają się bezpośrednio przyrządem chłodzącym poprzez przekładkę cieplną co przyczynia się do dobrego odprowadzania ciepła a w konsekwencji małej liczby powierzchni cieplnych do przejścia. W odmianie, może także być rozważone klejenie podzespołów tak jak opisano na figurach 7 albo 8.

Korzystnie, każdy z tych podmodułów jest testowany przed montażem na zewnętrznym przyrządzie chłodzącym.

Gdy podmoduły są mocowane na zewnętrznym przyrządzie chłodzącym wykonuje się połączenia przewodowe 204 pomiędzy ścieżkami metalowymi 104, 130 i końcówkami połączeń wewnętrznych 202.

Na tym etapie procesu montażu modułu mocy, pokrywa się korzystnie każdy z tych podmodułów żelem 120 przeznaczonym do zapewnienia szczelności chipów i połączeń dla wilgoci i zanieczyszczeń zewnętrznych.

Pokrywa 105 jest na koniec nakładana na część górną pierścienia 110, na wprost końcówki 203, pokrywa zawiera otwory aby te końcówki 203 przechodziły przez pokrywę dla realizacji połączeń z sygnałami mocy (wyjścia faz, albo sieć pokładowa +Ua) albo z sygnałami sterowania jednostki zarządzającej 2.

Taki układ odpowiadający fig. 12 jest pokazany w przekroju na fig. 23.

Moduł mocy 250 taki jak pokazany na fig. 12 ma kształt prostokątny. Oczywiście, ten moduł może mieć kształt wycinka koła aby dopasować się na przykład do tyłu wirującej maszyny elektrycznej. Jest możliwe wykonanie kształtu kołowego dzięki technologii wykonania ramki z zewnętrznymi wyprowadzeniami mocy poprzednio opisanej.

Jak pokazano na fig. 12, moduł mocy 250 umożliwia uzyskanie masy izolowanej dostępnej przez końcówki 203a umieszczone w pierścieniu 110. Zaleta masy izolowanej jest usprawiedliwiona zwłaszcza podczas przełączania silnych prądów, które zakłócają masy innego osprzętu elektrycznego. Dla każdej gałęzi mostka, można mieć jedną albo kilka końcówek masy 203a. Korzystnie, jako końcówkę 203b B+, wykorzystuje się jedną końcówkę masy 203u dla dobrego zrównoważenia prądów.

W tym przypadku dwie końcówki masy 202a będą połączone w formowanym pierścieniu dla zrealizowania połączenie jak najbliższego tranzystorów i jednej końcówki masy 203a wychodzącej na zewnątrz.

Ten korzystny sposób montażu, w którym mocuje się moduły uprzednio sprawdzone (gałęzie mostka) ma taką zaletę, że jest bardzo ekonomiczny, uwzględniając braki, w porównaniu z procesem w którym będą lutowane w jednej operacji wszystkie chipy tworzące zespół trzech gałęzi mostka. W przypadku gdy radiator jest elektrycznie izolowany od tylnej tarczy łożyskowej, radiator stanowi masę izolowaną którą łączy się z masą baterii bezpośrednio albo za pośrednictwem korpusu samochodu. W tej konfiguracji i w drugim przykładzie wykonania polegającym na włączeniu elektroniki do jednego modułu mocy jak pokazano na fig. 12, końcówki masy 202a i 203a są usunięte i są zastąpione przez połączenia z masą podobne do opisanych na figurach 9 do 11 i w których podstawa 109 jest zastąpiona przez powierzchnię górną radiatora 113.

Fig. 13 pokazuje widok z boku w przekroju tyłu alternatora-rozrusznika ze zintegrowaną elektroniką zawierający układ elektroniczny sterowania i prostowania według wynalazku. Jak wszystkie znane alternatory-rozruszniki, alternator-rozrusznik pokazany na fig. 13 zawiera wirnik 743 zamocowany na wale obrotowym 502. Ten wirnik 743 jest obejmowany przez stojan 503, wyposażony w uzwojenie twornika 507. Stojan 503 opiera się na tarczy łożyskowej tylnej 504 i tarczy łożyskowej przedniej (nie pokazana), które utrzymują wał obrotowy 502 za pośrednictwem łożysk 506.

Jak wyjaśniono poprzednio, alternator-rozrusznik zawiera mostek prostowniczy z tranzystorami mocy MOS, połączony z zespołami sterującymi tranzystory mocy. Mostek prostowniczy i zespoły sterujące tworzą zespół elektroniczny mocy alternatora-rozrusznika. Ta elektronika mocy jest zamontowana na powierzchni górnej mostka oddającego ciepło 113 w jednym albo kilku modułach mocy 100b poprzednio opisanych.

PL 210 932 B1

Korzystnie, moduł 100a zawierający jednostkę zarządzającą 2 jest także zamontowany na powierzchni górnej radiatora dla dobrego chłodzenia. Ta jednostka zarządzająca 2 zawiera korzystnie układ sterujący umożliwiający zarządzanie z jednej strony trybem uruchomienia, ponownego uruchomienia w funkcji rozrusznika, a z drugiej strony regulacją napięcia w funkcji alternatora. Ta jednostka może zawierać również stopień wzbudzenia uzwojenia wirnika, który wymaga również dobrego chłodzenia.

Według wynalazku, dla dobrego chłodzenia modułów mocy 100b wykonanych jako jeden albo kilka modułów, powierzchnia osiowo zorientowana w stronę tylnej tarczy łożyskowej maszyny elektrycznej tego mostka rozpraszającego ciepło 113 tworzy ściankę przejścia wzdłużnego, albo promieniowego, przepływu 517 czynnika chłodzącego w alternatorze-rozruszniku. Druga ścianka tego przejścia 517 jest więc utworzona przez powierzchnię górną tylnej tarczy łożyskowej 504. Powierzchnia dolna radiatora 113 zawiera żeberka 518 tworzące kanały wentylacyjne 517.

Pokrywa ochronna 511 zawiera otwory promieniowe 519 korzystnie umieszczone naprzeciw przejścia przepływu 517. W ten sposób, czynnik chłodzący, a zwłaszcza powietrze, jest wprowadzane do tyłu alternatora-rozrusznika przez otwory 519 następnie płynie przez przejście 517 pod mostkiem rozpraszającym 113, chłodząc moduły elektroniczne mocy 100b jak również moduł 100a. Wentylator 515 z łopatkami 505, mocowany na wale wirującym 502 albo na wirniku 743, zapewnia zasysanie powietrza do wnętrza przejścia 517.

Dla skuteczniejszego chłodzenia, wentylator 515 może tworzyć korzystnie podwójny wentylator złożony, w którym co najmniej jedna łopatka pierwszego wentylatora jest umieszczona pomiędzy co najmniej dwoma łopatkami drugiego wentylatora jak pokazano na fig. 14. Więc, jak pokazano na fig. 14, wentylator 515 zawiera według wynalazku co najmniej dwa wentylatory 515a, 515b, nazywane tu odpowiednio pierwszym wentylatorem i drugim wentylatorem. Drugi wentylator 515b jest przeznaczony do mocowania, na przykład w sposób znany przez spawanie punktowe albo przez nitowanie, na odpowiednim końcu osiowym 530 (powierzchnia czołowa) koła biegunowego 742 wirnika 743 z fig. 13.

Tutaj wentylatory 515a, 515b są metalowe będąc ekonomicznie wyprofilowane z blachy. Każdy wentylator zawiera odpowiednio część kołnierzową 515c, możliwie płaską kołową, która jest wyposażona w kolisty otwór środkowy 515d dla przejścia wału wirnika 502, i zespół łopatek wentylacyjnych wystających osiowo w stosunku do kołnierza 515c i zawierających pomiędzy sobą kanały wentylacyjne, które w tym przykładzie wykonania są rozbieżne na zewnątrz.

Pierwszy wentylator 515a zawiera pierwszy zespół łopatek, zwanych łopatkami pierwotnymi 515e, podczas gdy drugi wentylator 515b zawiera drugi zespół łopatek, zwany łopatkami wtórnymi 515f.

Więc, korzystnie co najmniej dwie kolejne łopatki jednego z wentylatorów obejmują co najmniej jedną łopatkę drugiego wentylatora.

Łopatki pierwotne 515e są w przykładzie wykonania promieniowo krótsze niż łopatki wtórne 515f.

Łopatki 515e i 515f mają w przybliżeniu promieniowo taką samą długość, taki sam kształt i taki sam rozmiar osiowy tak, że te łopatki są ogólnie identyczne za wyjątkiem dwóch łopatek 515g pierwotnych, które są promieniowo krótsze niż inne łopatki 515e.

Łopatki 515e, 515f i 515g są umieszczone na obwodzie zewnętrznym odpowiedniego kołnierza 515c.

Łopatki pierwotne 515e, 515g są tu umieszczone, każda pomiędzy dwoma łopatkami wtórnymi 515f.

Ten układ umożliwia zwiększenie mocy wentylatora i zmniejsza ryzyko oderwania się strumienia chłodzącego w stosunku do łopatki. Rzeczywiście jeżeli powietrze odrywa się od łopatek wtórnych 515f, łopatki pierwotne 515e, 515g kierują oderwane powietrze na łopatki wtórne 515f. Więc każda łopatka pierwotna 515e, 515g jest wbudowana, to znaczy umieszczona, w kanale wentylacyjnym 515h pomiędzy dwoma sąsiednimi łopatkami wtórnym 515f i która rozszerza się, biegnąc od obwodu wewnętrznego do obwodu zewnętrznego łopatki. W tym przykładzie wykonania co najmniej jedna łopatka pierwotna jest więc umieszczona pomiędzy dwoma kolejnymi łopatkami wtórnymi.

Łopatki pierwotne 515e, 515g i wtórne 515f są tu uzyskane, przez wycięcie i wygięcie z odpowiedniego kołnierza metalowego 515c i mają korzystnie kształt wygięty.

Więc kanały rozbieżne są wyznaczone częściowo przez obwód zewnętrzny jednego z kołnierzy i przez łopatki.

Łopatki pierwotne i wtórne mają dużą długość promieniową są więc bardzo wydajne w zakresie wentylacji. Korzystnie, łopatki 515e, 515f i 515g mają promieniowo długość większą od ich wysokości osiowej.

PL 210 932 B1

W odmianie łopatki są płaskie mając orientację promieniową, wentylator jest odśrodkowy. W odmianie łopatki są pochylone w stosunku do kierunku osiowego i/lub promieniowego. W odmianie łopatki są osiowo wyższe niż długie promieniowo.

Kołnierz 515c ma na swoim obwodzie zewnętrznym części pochylone wycięte korzystnie w sposób ekonomiczny na prasie, które po wygięciu poza płaszczyznę kołnierza 515c stają się łopatkami wygiętymi. Dokładniej łopatki mają promieniowo przekrój w kształcie łuku koła.

Łopatki pierwotne 515e mają na celu zmniejszenie hałasu maszyny elektrycznej zwiększając przy tym wydatek i sprawność. Przebiega to w taki sposób, że łopatka pierwotna spręża czynnik chłodzący aby pozostawał on w styku z łopatkami wtórnymi 515f. Przeciwdziała to recyrkulacji powietrza i wirom i przepływ powietrza jest bardziej laminarny i przebiega przy małym tarciu i hałasie. To rozwiązanie umożliwia, jeśli potrzeba, usunięcie wentylatora przedniego (nie pokazany) umieszczonego na przednim kole biegunowym wirnika tak, że alternator ma w odmianie tylko jeden wentylator.

Oczywiście, można także rozważyć różne kombinacje rozmieszczenia łopatek wtórnych 515u i łopatek pierwotnych 515e, 515g.

Więc, można umieścić kilka łopatek pierwotnych pomiędzy łopatkami wtórnymi. Liczba łopatek pierwotnych umieszczonych pomiędzy łopatkami wtórnymi, wewnątrz tego samego urządzenia wentylacyjnego 515 może być stała albo zmienna. Tu jest umieszczona jedna łopatka wtórna pomiędzy dwoma sąsiednimi łopatkami wtórnymi, to znaczy kolejnymi.

Również, można rozważyć umieszczenie kilku kolejnych łopatek wtórnych 515f bez łopatek pierwotnych pomiędzy nimi.

Rozłożenie łopatek pierwotnych i wtórnych jest określone w funkcji maszyny elektrycznej, która ma być chłodzona aby uzyskać najlepsze chłodzenie przy minimalnym hałasie aerodynamicznym.

Łopatki pierwotne 515e mogą być rozłożone kątowo w sposób równomierny, jak w przypadku pokazanym na fig. 14, w sposób nierównomierny. Rozmieszczenie nierównomierne jest uzyskane w odmianie mającej pewne łopatki o długości innej niż inne łopatki 515g z fig. 14.

Rozmieszczenie nierównomierne umożliwia większe zmniejszenie hałasu pracujących wentylatorów. Również łopatki wtórne 515f mogą mieć rozłożenie kątowe nierównomierne jak pokazano na fig. 13. Więc, uzyskuje się zespół łopatek nierównomiernych podzielony na dwie części w stosunku do jednej strony wentylatora.

W odmianie element izolujący cieplnie, taki jak pokrycie izolujące cieplnie znajduje się między dwoma kołnierzami 515c pierwszych i drugich wentylatorów, pierwszy wentylator 515a może być w tym przypadku z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem. Łopatki 515e, 515f, 515g biegną osiowo w tym samym kierunku i prostopadle do płaszczyzny kołnierza 515c.

W odmianie łopatki mogą być pochylone i zakrzywione w stosunku do odpowiedniej płaszczyzny kołnierza jak opisano w dokumencie FR A 2 602 925.

Element indeksowania kątowego jest wprowadzony pomiędzy dwoma kołnierzami 515c dla dobrego położenia kątowego a więc dobrej orientacji łopatek pierwotnych w stosunku do łopatek wtórnych. Dla wykonania tego każdy kołnierz 515c ma na swoim obwodzie wewnętrznym wycięcie 515k. Wycięcia 515k są tu identyczne. Wystarczy więc nałożyć wycięcia na przykład za pomocą wałeczka aby uzyskać dobre położenie kątowe. Następnie mocuje się zespół wentylatorów na przykład przez spawanie albo nitowanie dla utworzenia zespołu łatwego do obsługi i transportu.

Korzystnie pierwszy kołnierz ma co najmniej jedno odsłonięcie, takie jak otwór albo wycięcie pokazane linią przerywaną jako 515m umożliwiające mocowanie drugiego kołnierza na przykład przez spawanie albo nitowanie na wirniku maszyny. Korzystnie jest przewidziane kilka otworów albo wycięć.

W odmianie każdy kołnierz jest mocowany na przykład przez spawanie na wirniku.

Przyjmuje się, że łopatki 515e, 515f i 515g są tu wszystkie osiowo na tej samej wysokości to znaczy że wolne brzegi łopatek są w tej samej płaszczyźnie poprzecznej. Dokładniej łopatki 515e, 515g mają osiowo wysokość mniejszą niż łopatki 515f, różnica szerokości jest równa grubości pierwszego kołnierza 515c.

W odmianie łopatki 515e, 515f są osiowo różnej wysokości, łopatki 515f wystają na przykład osiowo w stosunku do łopatek 515e, 515g. W wyniku tego nie wszystkie wolne brzegi łopatek są w tej samej płaszczyźnie.

We wszystkich przypadkach jest możliwe mocowanie pokrywy 515p na wolnych brzegach łopatek 515e, 515f i 515g albo na wolnych brzegach łopatek najbardziej oddalonych od kołnierza 515c jak na fig. 16 dokumentu FR A 2 811 156 i jak pokazano częściowo linią przerywaną na fig. 14.

PL 210 932 B1

W odmianie co najmniej jedna łopatka jednego z wentylatorów jest wyposażona w nawis łopatki biegnący w sposób pochylony albo prostopadły w stosunku do płaszczyzny kołnierza danego wentylatora jak opisano i pokazano na fig. 11 do 13 dokumentu FR A 2 811 156. W sposób ogólny dzięki wynalazkowi można uzyskać takie same konfiguracje dwóch zestawów łopatek o różnych wymiarach jak we wspomnianym dokumencie FR A 2 811 156 i w sposób prosty i ekonomiczny. Na przykład co najmniej jedna łopatka, a korzystnie co najmniej kilka łopatek, z co najmniej jednego z wentylatorów może być pofalowana albo mieć osiowo malejącą wysokość albo być płaska i pochylona w stosunku do kierunku promieniowego jak pokazano na fig. 6, 15 i 2 tego dokumentu.

Dzięki temu urządzeniu wentylacyjnemu 515, zmniejsza się straty obciążenia i hałas, zwiększa się sprawność i wydatek powietrza i uzyskuje się stabilny przepływ czynnika chłodzącego zapewnia więc skuteczne chłodzenie modułów mocy i sterowania 100a i 100b.

Uzyskuje się więc przyrząd wentylacyjny mający złożoną konfigurację łopatek zapewniającą możliwość zwiększonego chłodzenia przy stosunkowo małym koszcie wytwarzania, mający przy tym dobrą wytrzymałość mechaniczną.

Bardziej szczegółowe informacje są przedstawione we francuskim zgłoszeniu patentowym FR 03 02425 złożonym 27 lutego 2003.

Więc wykonany mostek rozpraszając 113 tworzy mezzanino nad tarczą łożyskową tylną 504.

Według wynalazku, mostek rozpraszając 113 zawiera, na swojej powierzchni dolnej, żeberka chłodzące 518. Te żeberka chłodzące są umieszczone w przejściu 517 i zapewniają przepływ czynnika chłodzącego wybraną drogą, to znaczy w taki sposób, że czynnik przepływa możliwie blisko wału wirującego, aby lepiej omywać powierzchnię dolną mostka rozpraszającego. Więc powierzchnia dolna mostka rozpraszającego jest chłodzona korzystnie na całej odległości promieniowej umieszczonej pomiędzy obwodem zewnętrznym i obwodem wewnętrznym bliskim wału, mostka rozpraszającego. Sąsiednie żeberka tworzą kanały promieniowe prowadzące czynnik chłodzący przez przejście 517. Więc, te kanały zawierają powierzchnię dolną utworzoną przez tarczę łożyskową tylną, dwa przeciwne boki dwóch sąsiednich żeberek jak również dno w kształcie U mostka rozpraszającego utworzoną pomiędzy dwoma sąsiednimi żeberkami.

Korzystnie radiator 113, zawierający na swojej powierzchni dolnej 113b żeberka 518, i na swojej powierzchni górnej 113a moduł/moduły sterowania i mocy 100a, 100b jest jednym blokiem. W odmianie, radiator 113 niosący moduły mocy 100b jest zamontowany na przyrządzie a z żeberkami tworząc mostek rozpraszający dwu częściowy.

Ten czynnik wypływa następnie przez wyloty 504a-504d wykonane w tarczy łożyskowej tylnej 504. Te wyloty 504a-504d są, korzystnie, identyczne jak wyloty wykonane w tarczy łożyskowej alternatora, przedstawionej na fig. 20. Korzystnie, żeberka 518 są umieszczone promieniowo w kierunku przepływu czynnika zbiegają się w stronę wylotów środkowych 504b i 504c tarczy łożyskowej tylnej 504. Więc, powietrze (albo inny czynnik chłodzący) jest zasysane z boku alternatora-rozrusznika i przepływa w stronę wylotów środkowych 504b i 504c tarczy łożyskowej 504 opływając przy tym elementy rozpraszające, to znaczy żeberka 518, na całej ich długości przedniej przed wypłynięciem przez wyloty boczne 504a i 504d tarczy łożyskowej 504. Więc, elektronika mocy 100b jest chłodzona przez przewodzenie i konwekcję, po chłodzeniu mostka rozpraszającego 113, przez żeberka 518.

Ponadto, ponieważ mostek rozpraszający 113 i moduły mocy 100b nie przylegają do wału wirującego, istnieje korzystnie, pomiędzy wałem wirującym 502 i mostkiem rozpraszającym 113, przestrzeń 522, przez którą powietrze może również przepływać. Ta przestrzeń 522 tworzy kanał osiowy przepływu czynnika. W przykładzie wykonania wynalazku wyloty 523a i 523b są wykonane w pokrywie ochronnej 511. Powietrze jest więc zasysane przez wloty 523a i 523b do alternatora-rozrusznika, następnie przepływa przez przestrzeń 522 wzdłuż wału wirującego 502 i osiąga przejście przepływu 517 pod mostkiem rozpraszającym 113 co poprawia chłodzenie radiatora 113. W ten sposób, elektronika mocy jest chłodzona, z jednej strony, z boku przez przejście 517, a z drugiej strony, osiowo przez przestrzeń 522. Ten dodatkowy osiowy przepływ powietrza płynący przez przestrzeń 522 umożliwia ponadto uzyskanie lepszego chłodzenia części wewnętrznych alternatora, takich jak klatka obsady szczotki albo czoła uzwojeń twornika, przez zwiększenie całkowitego wydatku powietrza w maszynie.

Droga przepływu czynnika chłodzącego w tyle alternatora-rozrusznika jest pokazana strzałkami F i liniami przerywanymi, na fig. 13.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, deflektory 524 są umieszczone za wylotami 504a i 504d wykonanymi w tarczy łożyskowej tylnej 504.

PL 210 932 B1

Te deflektory 524 umożliwiają oddalenie strumienia czynnika wlotowego wylotowego, aby czynnik wypływający z alternatora-rozrusznika nie był bezpośrednio zawracany do przejścia 17. Unika się więc znacznej recyrkulacji czynnika ciepłego pochodzącego z wnętrza alternatora-rozrusznika.

Deflektory 524 mogą być mocowane na tarczy łożyskowej 504, w pobliżu wylotów bocznych 504a i 504d tarczy łożyskowej. Mogą również być wykonane w pokrywie ochronnej 511, na przykład, na zaokrągleniu końca pokrywy ochronnej, jak pokazano na fig. 13.

W przykładzie wykonania wynalazku pokazanym na fig. 13, pokrywa ochronna 511 osłania całą część tylną alternatora-rozrusznika to znaczy że osłania elektronikę mocy 100b, 100a zamontowane na mostku rozpraszającym 113 i całą tarczę łożyskową tylną 504. W tym przypadku, pokrywa ochronnej 511 może zawierać wyloty umieszczone za wylotami bocznymi tarczy łożyskowej tylnej i przeznaczone do umożliwienia odprowadzania czynnika poza alternator-rozrusznik. Może ona także zawierać, oprócz albo zamiast wylotów, deflektory 524. Mogą one być wykonane w samej pokrywie.

Pokrywa ochronna 511 może także osłaniać elektronikę mocy zamontowaną na mostku rozpraszającym i części górnej tarczy łożyskowej 504, to znaczy, że nie osłania ona boków tarczy łożyskowej zawierających wyloty 504a i 504d. W tym przypadku, deflektory mogą być mocowane na tarczy łożyskowej 504 albo także wykonane na zaokrągleniu końca pokrywy.

Jak pokazano na fig. 13, wentylator 515 niesie na końcu osiowym co najmniej jednej części łopatek 505, pokrywę 515p. Ta pokrywa zmusza strumień powietrza F do przepływu na poziomie łopatki 505 wentylatora co zapewnia lepsze chłodzenie czół 507 uzwojenia stojana i elektroniki niesionej przez radiator.

Korzystnie, bok zewnętrzny 525 wylotów 504b i 504d wykonanych w tarczy łożyskowej tylnej 504 jest możliwie na wprost brzegu wewnętrznego łopatki 505 w taki sposób aby zmusić cały strumień chłodzący F do przejścia pomiędzy łopatkami 505 wentylatora. Więc, tylko strumień resztkowy może przepływać pomiędzy wierzchołkiem pokrywy 515p i powierzchnią dolną osiową tarczy łożyskowej tylnej 504.

Korzystnie, wyloty 504b i 504d są w pobliżu gniazda łożyska 506 tak, że może ono być sprawne chłodzone tym bardziej, jeśli wentylator stanowi nałożenie dwóch wentylatorów jak opisano poprzednio.

W pierwszym przykładzie wykonania, i jak pokazano na fig. 13, radiator 113 jest elektrycznie izolowany od tarczy łożyskowej tylnej 504. Więc, radiator 113 stanowi masę izolowaną zwłaszcza dla elektroniki mocy umieszczonej na module/modułach 100b elektroniki jednostki zarządzającej 2. Izolowanie elektryczne radiatora od tarczy łożyskowej tylnej pozwala uzyskać lepsze właściwości w kategoriach kompatybilności elektromagnetycznej i cieplnej.

W pierwszej odmianie wykonania, mostek rozpraszający 113 jest mocowany na tarczy łożyskowej tylnej 504 za pomocą ściągaczy montażowych 527 elektrycznie izolowanych i korzystnie cieplnie nie przewodzących stanowiących więc przegrodę cieplną w stosunku do ciepła wydzielanego przez stojan.

Korzystnie, ściągacze 527 są takie same jak zwykle stosowane do mocowania tarczy łożyskowej 504 do układu magnetycznego 508 stojana 503. Nakrętka elektrycznie izolująca 527b jest umieszczona pomiędzy nakrętką blokującą 527a i powierzchnią górną 113a radiatora 113. Rozpórka 527c zawierająca występ 527d jest umieszczona pomiędzy powierzchnią dolną 113b radiatora i powierzchnią zewnętrzną osiowo tarczy łożyskowej tylnej 504.

W drugiej odmianie, radiator 113 jest połączony z tarczą łożyskową tylną 504 w sposób elektrycznie izolowany za pomocą śruby 528 której łeb jest zorientowany od strony powierzchni dolnej osiowej tarczy łożyskowej 504. W tym przykładzie wykonania rozpórka elektrycznie nie przewodząca 528a jest umieszczona pomiędzy powierzchnią dolną 113b radiatora 113 i powierzchnią osiowo górną tarczy łożyskowej tylnej 504. Śruba 528 opiera się o tulejkę elektrycznie izolującą z występem umieszczoną w grubości osiowej tarczy łożyskowej tylnej 504.

Oczywiście, inne elementy mocowania radiatora na tarczy łożyskowej mogą być rozważane.

Oczywiście, rozpórki 527c albo 528a mogą być przymocowane do mostka rozpraszającego 113 albo tarczy łożyskowej 504 aby stanowić końcówki mocujące.

W tym przypadku, elementy izolacji elektrycznej i cieplnej takie jak podkładki izolujące powinny być umieszczone na końcu tych płytek mocujących.

Radiator niosący elektronikę sterowania mocy jest więc w pewnej odległości od powierzchni zewnętrznej osiowej tarczy łożyskowej tylnej wirującej maszyny elektrycznej aby stanowić mezzanino chłodzone przez powietrze wprowadzone zasadniczo promieniowo pomiędzy tym mezzanino i powierzchnią górną osiową tarczy łożyskowej tylnej.

PL 210 932 B1

W przykładzie wykonania opisanym na fig. 7, moduł mocy 100b jest połączony z masą przez bezpośredni styk elektryczny pomiędzy podstawą 109 i powierzchnią górną 113a radiatora.

Przewód masy 529, elektrycznie połączony z radiatorem przez mocowanie 529b takie jak przykręcanie albo przyspawanie, jest korzystnie połączony z ujemnym zaciskiem baterii samochodu aby stanowić masę izolowaną.

Jak opisano poprzednio końcówki 203 odpowiadające połączeniom sygnałowym albo sterowania wychodzącym z modułu albo modułów mocy 100b są zorientowane osiowo w stronę tyłu maszyny elektrycznej dla wykonania połączeń elektrycznych. Korzystnie, te końcówki 203 osiągają pokrywę 511 z tworzywa sztucznego, która zawiera naniesione ścieżki metalowe mocy i sterowania. Korzystnie, pokrywa obejmuje wszystkie ścieżki metalowe umożliwiając wykonanie wszystkich połączeń pomiędzy z jednej strony, modułami mocy, a z drugiej strony, modułami mocy 100b i jednostką zarządzającą 2. Więc, ten układ ma taką zaletę, że nie wykonuje się połączeń przewodowych pod pokrywą, co daje nie pomijalne korzyści ekonomiczne. Rzeczywiście, wszystkie połączenia małej i dużej mocy są wykonane w jednym przejściu na poziomie montażu pokrywy wyposażonej w ścieżki metalowe. Usunięcie połączeń przewodowych pod pokrywą umożliwia zyskanie miejsca powodując więc na przykład zmniejszenie długości osiowej maszyny.

Fig. 15 i 16 i 17 i 17a pokazują elementy możliwych połączeń elektrycznych pomiędzy końcówkami 203 i ścieżkami metalowymi 600 zawartymi w uformowanej pokrywie 511.

Jak pokazano na fig. 15 końcówka 203 przechodzi poprzez otwór 601, zamknięty albo półzamknięty, wykonany w ścieżce 600, która ma być dołączona. Korzystnie koniec końcówki 203 wchodzi z drugiej strony ścieżki 600 dla mocowania przez spawanie. Oznaczenie 602 przedstawia więc wykonane spawanie.

Korzystnie, koniec 605 końcówki 203 jest możliwie na tej samej wysokości osiowej, korzystnie na wysokości mniejszej niż górna krawędź osiowa pokrywy 511 dla uniknięcia uszkodzenia spawania podczas manipulowania maszyną elektryczną. Ścieżki metalowe są dostępne dzięki otworom 606 wykonanym w pokrywie tylnej 511.

Kształt końcówki 203 jest dostosowany do tolerancji jej umieszczenia.

Fig. 16 pokazuje odmianę wykonania połączenia elektrycznego pomiędzy końcówką 203, korzystnie mocy i ścieżką metalową, które są połączone przez element przykręcany typu śruba-nakrętka. W sposób znany, podkładka sprężysta typu Grover 608 jest umieszczona pomiędzy powierzchnią dolną łba i powierzchnią zewnętrzną ścieżki metalowej podczas gdy końcówka 103 jest zaciśnięta pomiędzy nakrętką i powierzchnią dolną ścieżki metalowej. W tym przykładzie wykonania, korzystnie, część 611 pokrywy 105 modułu 100b zawierającego jedną albo trzy gałęzie mostka, styka się z nakrętką 607 dla jej blokowania obrotowego na koniec przykręcania.

Fig. 17 pokazuje połączenie wykonane przez spawanie jak opisano na fig. 15 zawierające osłonę typu lakieru, kleju albo silikonu dla uniknięcia szkodliwego oddziaływania chemicznego typu słonej mgły albo wilgoci. Ta osłona jest także nakładana na element mocujący typu śruba-nakrętka opisany na fig. 15.

Fig. 17a pokazuje połączenie wykonane przez spawanie typu laserowego L, w którym końcówka 203 nie przechodzi przez ścieżkę metalową. W tym przypadku, ścieżka 203 ma zakrzywienie 610 dostosowane do zetknięcia się pod naprężeniem ze ścieżką metalową 600 gdy pokrywa 511 jest zamontowana na tyle maszyny elektrycznej. Ten przykład wykonania ma taką zaletę, że pokrywa 511 jest hermetyczna.

Fig. 18 pokazuje pokrywę tylną według wynalazku w widoku z tyłu wirującej maszyny elektrycznej. Ten przykład wykonania odpowiada przypadkowi gdy radiator 113 tworzący mezzanino jest izolowany elektrycznie od tylnej tarczy łożyskowej 504. Więc korzystnie, pokrywa 511 zawiera tylko jedną ścieżkę metalową 600a dużej mocy która może przewodzić prąd około 1000 amperów podczas faz uruchomienia. Ta ścieżka metalowa 600a, która obejmuje korzystnie połączenie 650 B+ trzymacza szczotek, i przeznaczona do dodatniego zacisku B+ włączonego do sieci elektrycznej samochodu może więc być tak zaprojektowany, że zajmuje całe miejsce które jest konieczne nie przeszkadzając drugiemu zaciskowi 600b masy koniecznemu gdy mezzanino nie jest izolowane i jak pokazano na fig. 19.

Jak pokazano na figurach 18 i 19, jest więc bardzo łatwo łączyć sterowniki 10, 20 i 30, umieszczone środkowo blisko wału wirującego, z modułem zarządzającym 2 poprzednio opisanym. Więc, według wynalazku, jest możliwe uzyskanie maszyny elektrycznej typu alternator-rozrusznik zawierającej na swojej tarczy łożyskowej tylnej i połączonej mechanicznie, całą elektronikę mocy, sterowania i kontroli konieczne dla jego pracy. Oczywiście, zależnie od przypadku, funkcje elektroniczne mogą

PL 210 932 B1 być wyniesione do obudów zewnętrznych nie opuszczając ram wynalazku. Architektura tarczy łożyskowej tylnej taka jak opisano poprzednio umożliwia również bardzo dobre chłodzenie modułu albo modułów mocy dzięki strukturze w postaci mezzanino chłodzonej przez czynnik chłodzący wprowadzany jednocześnie promieniowo i korzystnie osiowo. To chłodzenie jest tym sprawniejsze jeśli moduł/moduły elektroniczne mocy są wykonane zgodnie z figurami 6 do 12.

Integracja elektroniki mocy na jednym albo kilku modułach, korzystnie włączonych za pośrednictwem ścieżek naniesionych na pokrywie co umożliwia szczególnie łatwy więc ekonomiczny montaż elektroniki mocy i/lub sterowania alternatora-rozrusznika. Ponadto integracja ścieżek metalowych mocy w pokrywie umożliwia łatwe umieszczenie łącznika 630 w każdym miejscu pokrywy dla dopasowania się do konfiguracji samochodu.

Fig. 19 stanowi drugą odmianę wykonania pokrywy 511 zawierającej ścieżki metalowe według wynalazku dla radiatora tworząc mezzanino o tym samym potencjale elektrycznym co tarcza łożyskowa tylna 504. W tym przypadku moduły mocy są elektrycznie izolowane w stosunku do radiatora. W tym przykładzie wykonania, nie jest konieczne izolowanie elektryczne rozpórek 527c albo 528a tworzących końcówki mocujące poprzednio opisane. Więc, podkładki albo tulejki elektrycznie izolujące umieszczone na końcu płytek mocujących albo pomiędzy mezzanino i tarczą łożyskową tylną mogą być pominięte sprawiając, że zespół tarcza łożyskowa tylna mezzanino jest bardziej sztywny mechanicznie.

W tym przykładzie wykonania, zintegrowana pokrywa, oprócz tego co opisano na fig. 18, ma ścieżkę mocy 600b przeznaczoną dla masy. Dla osiągnięcia złącza 630 dwie ścieżki mocy 600a i 600b nakładają się na siebie w obszarze 652 pokrywy która ma korzystnie w tym miejscu zwiększoną grubość aby można było przeprowadzić w tym miejscu dwie ścieżki. W tym miejscu, prowadzenie ścieżki będzie wykonane w taki sposób aby zapewnić izolacje elektryczną. Dla wykonania skrzyżowania, co najmniej jedna z dwóch ścieżek będzie miała co najmniej jedną część zagiętą.

W tym przykładzie wykonania połączenie 651 masy obsady szczotki jest także korzystnie wykonane przez ścieżkę masy 600b.

Jak pokazano na figurach 18 i 19, jest również przewidziane złącze 653 przeznaczone do komunikacji z zewnętrzną obudową elektroniczną na przykład za pośrednictwem znanego protokołu typu Can, Lan, Lin, BSP albo za pośrednictwem prostego połączenia przewodowego.

Korzystnie kondensatory filtrujące 653, jak pokazano na fig. 19, mogą być włączone za pośrednictwem pokrywy 511. Kondensatory 653, wlutowane pomiędzy ścieżkami mocy Ua i masą, są ściśle połączone z pokrywą na przykład, przez formowanie, zaciskanie, klejenie. W ten sam sposób można umieszczać kondensatory pomiędzy ścieżkami metalowymi małej moc pokrywy.

Fig. 21 i 22 pokazują dwa przykłady wykonania tylnej tarczy łożyskowej alternatora integrującą układy elektryczne sterowania i kontroli na rozpraszającej tarczy łożyskowej 113 tworzącej mezzanino według wynalazku.

Na tych dwóch figurach, końcówki mocujące 528a nie są elektrycznie izolowane tak, że rozpraszająca tarcza łożyskowa 113 nie jest izolowana elektrycznie. Masy modułów elektronicznych 100b są więc dołączane na poziomie końcówek 203a.

Fig. 21 odpowiada elektronice mocy 100b rozłożonej na trzech modułach, każdy odpowiadający jednej gałęzi mostka i jak opisano na fig. 7 podczas gdy fig. 21 odpowiada układowi elektroniki mocy łączącemu trzy gałęzie mostka na jednym module jak opisano dla figury 13.

Na tych dwóch figurach, oznaczenie 100a pokazuje lokalizację dla modułu 100a zarządzającego 2, który ma również końcówki 203c łączące.

Jak pokazano na fig. 21, końcówki 203a i 203b mocy są łączone w taki sposób, że są łączone elektrycznie w jednym przejściu na przykład na poziomie ścieżek metalowych pokrywy 511 jak opisano poprzednio.

Śruby 680 wprowadzone na przykład w gniazda 111 modułów mocy 100b zapewniają mocowanie tych modułów mocy na radiatorze 113.

PL 210 932 B1

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie sterowania i mocy (100) alternatora-rozrusznika dla samochodu, włączone pomiędzy alternatorem-rozrusznikiem (3), siecią pokładową (Ua) i linią masy (GND) samochodu, zawierające:

   - jednostkę mocy (1) zawierającą mostek tranzystorów mocy z wieloma gałęziami (B1-B3), przy czym każda gałąź odpowiada fazie alternatora-rozrusznika, oraz

   - jednostkę sterującą (50) dla porównania napięcia fazy (¢) alternatora-rozrusznika z napięciem odniesienia (Ua, GND) i sterowania tranzystorami w funkcji wyniku porównania, znamienne tym, że zawiera:

   pierwszy stopień (100b) zintegrowany ze wspomnianym alternatorem-rozrusznikiem (3), który jest utworzony z wielu zwartych, zintegrowanych elektronicznych podmodułów (100b, 200) mocy, przy czym każdy wspomniany elektroniczny podmoduł (100b, 200) mocy jest umieszczony na poziomie odpowiedniego wyjścia fazowego (21, 22, 23) uzwojenia stojana alternatora-rozrusznika, oraz drugi stopień (100a) utworzony przez obudowę, który jest odmienny od wspomnianych elektronicznych podmodułów (100b, 200) mocy i zawiera układ zarządzający (2), przy czym każdy wspomniany podmoduł (100b, 200) mocy zawiera gałąź (B1, B2, B3) wspomnianego mostka tranzystorów mocy i sterownik (10, 20, 30), który steruje wszystkimi tranzystorami mocy (11, 12; 21,22; 31,32) wspomnianej gałęzi (B1, B2, B3), i jest umiejscowiony możliwie najbliżej wspomnianych tranzystorów mocy, zaś wspomniany układ zarządzający (2) steruje działaniem zespołu wspomnianych sterowników (10, 20, 30), i razem z nim tworzy wspomnianą jednostką sterującą (50).
2. 2. Urządzenie sterowania i mocy według zastrz. 1, znamienne tym, że sterownik zawiera na pierwszym boku, połączenia do układu zarządzającego (2), a na drugim boku, połączenia do jednostki mocy (1).
3. 3. Urządzenie sterowania i mocy według zastrz. 1, znamienne tym, że drugi stopień jest umieszczony w obudowie na zewnątrz alternatora-rozrusznika.
4. 4. Urządzenie sterowania i mocy według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, że polecenia układu zarządzającego (2) są wspólne dla wszystkich sterowników.
5. 5. Urządzenie sterowania i mocy według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienne tym, że każdy tranzystor stanowi zespół tranzystorów połączonych równolegle.