Патент на изобретение №2332771

(54) УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА МОЩНОСТИ, ВСТРОЕННОГО В ЗАДНЮЮ ЧАСТЬ ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ИЛИ СТАРТЕРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

(57) Реферат:

Настоящее изобретение относится к области электротехники и касается особенностей выполнения ротационных электрических машин, в частности генераторов переменного тока или стартеров переменного тока для автомобилей. Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемая электрическая машина содержит заднюю опору (4), ротор (1), отцентрированный и закрепленный на приводном валу (2), установленном, по меньшей мере, на одной задней опоре (4), при этом задняя опора (4) содержит радиальные люки (4а, 4d) для выпуска охлаждающей среды, статор (3), установленный вокруг ротора, при этом статор содержит катушку (7) индуктивности, содержащую обмотки, образующие фазы электрической машины, электронную схему (15) мощности, соединенную с фазовыми обмотками статора, теплоотводный мост (16), содержащий первую сторону, на которой смонтирована электронная схема мощности, и вторую сторону, противоположную первой стороне и обращенную к задней опоре, при этом упомянутая вторая сторона образует продольную стенку прохода (17) для потока охлаждающей среды, а другая продольная стенка этого прохода (17) образована задней опорой (4), удерживающей статор, при этом согласно изобретению электронная схема (15) мощности содержит электронные элементы в виде моста с мощными транзисторами и средства управления, связанные с управлением указанным мостом, указанные электронные элементы выполнены на дорожках (25), неподвижно соединенных с теплоотводным мостом (16), вторая сторона которого содержит средства (18) охлаждения, выполненные в проходе (17) для потока охлаждающей среды и предназначенные для охлаждения указанных электронных элементов. Технический результат – повышение надежности путем повышения интенсивности охлаждения электронного блока мощности вследствие увеличения площади теплообмена между теплоотводом и охлаждающей средой, а также улучшение условий управления потоком охлаждающей среды под электронным блоком мощности при одновременном повышении прочности последнего. 19 з.п. ф-лы, 12 ил.

Область техники

Настоящее изобретение касается устройства для охлаждения электронного блока мощности, встроенного в заднюю часть реверсивной электрической машины, такой как генератор переменного тока или стартер переменного тока автомобиля. Изобретение может применяться в области автомобильной промышленности, в частности в области генераторов переменного тока или стартеров переменного тока для автотранспортных средств.

Предшествующий уровень техники

В автомобиле генератор переменного тока позволяет преобразовать движение вращения ротора индуктивности, вращаемого тепловым двигателем автомобиля, в электрический ток, индуцируемый в катушке индуктивности многофазного статора. Как правило, этот статор содержит три фазовых обмотки, поэтому генератор переменного тока является трехфазным. Три фазы якоря соединены с выпрямительным мостом. Этот выпрямительный мост содержит три плеча, каждое из которых содержит, по меньшей мере, два диода, соединенные с каждой фазой. Однако эти диоды генерируют тепло. Обычно выпрямительный мост может рассеивать энергию порядка 150 ватт. Поэтому, чтобы избежать перегрева диодов, его необходимо охлаждать.

На фиг.1 показан пример задней части классического генератора переменного тока. Этот генератор переменного тока содержит ротор 1, закрепленный на приводном валу 2, ось вращения которого обозначена позицией А и является осью машины, как показано также на чертеже в документе DE А 19705228. Вокруг ротора 1 установлен статор 3, содержащий магнитопровод 8 и катушку 7 индуктивности. Через магнитопровод 8 и катушку 7 статор 3 генерирует переменный ток. Катушка индуктивности содержит фазовые обмотки, соединенные звездой и/или треугольником. Каждая из этих обмоток содержит выход, соединенный с выпрямительным мостом. Генерируемый в статоре 3 ток выпрямляется при помощи выпрямительного моста, содержащего диоды. Этот статор 3 установлен на задней опоре 4 и на передней опоре (не показана). Приводной вал 2 удерживается двумя опорами при помощи подшипников 6. Как описано в документе DE А 019705228, магнитопровод 8 содержит корпус статора в виде набора пластин листовой стали, который, как известно, содержит вырезы, предпочтительно полузакрытого типа, для монтажа фазовых обмоток, проходящих через корпус статора и по обе стороны от корпуса, образуя шиньоны. В этом документе показана передняя опора генератора переменного тока, а также его шкив, приводимый во вращение от теплового двигателя автомобиля через передачу, содержащую, по меньшей мере, один ремень и внутренние вентиляторы, установленные на роторе и расположенные радиально под шиньонами, для внутренней вентиляции генератора переменного тока. С этой целью в полых опорах выполнены входные и выходные люки, описанные ниже. Задний вентилятор, обозначенный на фиг.1 позицией 5, предпочтительно является более мощным, чем передний вентилятор.

В этом генераторе переменного тока части теплоотводных элементов, и именно положительные диоды 9 выпрямительного моста, установлены в мосту 10, рассеивающем тепловую энергию. Этот теплоотводный мост содержит отверстия 10а-10d, называемые также люками, через которые проходит охлаждающий воздух.

Электрически диоды 9 связаны с соединительным элементом 14, который также содержит воздушные проходы 14a-14f.

Кроме того, теплоотводный мост 10 на своей верхней стороне содержит ребра 13, способствующие охлаждению теплоотводного моста 10.

В частности, генератор переменного тока, показанный на фиг.1, содержит в своей задней части кожух 11, закрывающий и защищающий электронный блок мощности генератора переменного тока, соответствующий, в частности, выпрямительному мосту. Для обеспечения прохождения воздуха внутрь кожуха 11 последний содержит отверстия 12a-12d, называемые также люками. Эти отверстия, по существу, находятся в верхней части кожуха 11. Кроме того, задний вентилятор 5, закрепленный на приводном валу 2 или на роторе 1, обеспечивает всасывание воздуха внутрь генератора переменного тока. Этот вентилятор может быть, например, центробежного типа или цетробежно-винтового типа. Таким образом, всасываемый вентилятором 5 воздух заходит в заднюю часть генератора переменного тока через люки 12a-12d, направляется ребрами 13 и обдувает охлаждающим потоком теплоотвод 10 и диоды 9. После этого воздух выходит в радиальном направлении через люки 4a-4d, выполненные в задней опоре 4 статора 3.

Таким образом, воздух в основном всасывается вдоль оси генератора переменного тока на уровне защитного кожуха 11, после чего выходит в боковом направлении через люки задней опоры 4, охлаждая выпрямительный мост, а также другие горячие элементы генератора переменного тока, такие как шиньоны катушки 7 индуктивности.

Для большей ясности путь охлаждающего воздушного потока показан на фиг.1 пунктирными линиями и стрелками. Можно также сослаться на документ DE А 19705228, в котором описан пример выполнения выпрямительного моста, а также пример выполнения ротора в виде клювообразного ротора. В документе DE А 10111295 описан другой тип выпрямительного моста. В этих двух документах отрицательные диоды установлены на задней опоре на пластине, закрепленной на задней опоре, или закреплены на ней путем соединения в паз, тогда как положительные диоды установлены на пластине на определенном расстоянии от отрицательных диодов. Согласно документу DE А 10011295 эта пластина содержит отверстия. Эта пластина соответствует теплоотводу 10, показанному на фиг.1, при этом диоды 9, как было указано выше, являются положительными диодами.

В настоящее время существуют также реверсивные генераторы переменного тока, которые могут выполнять роль электрического двигателя, обеспечивающего вращение теплового двигателя автомобиля через приводной вал ротора, жестко соединенный со шкивом генератора. Такой реверсивный генератор переменного тока называют также стартером переменного тока или генератором-стартером, и он позволяет преобразовать механическую энергию в электрическую энергию и наоборот. Так, стартер переменного тока может обеспечивать запуск двигателя автомобиля, выполнять роль вспомогательного двигателя, дополняющего тепловой двигатель автомобиля для обеспечения движения последнего.

В этом случае выпрямительный мост, находящийся на выходе якоря стартера переменного тока, то есть соединенный с каждой фазой якоря, служит также мостом управления фазами стартера переменного тока. Этот выпрямительный мост содержит три плеча, каждое из которых содержит, по меньшей мере, два мощных транзистора типа МОП-транзисторов. Каждый транзистор этого выпрямительного моста управляется блоком управления. Этот блок управления может быть выполнен по-разному. Чаще всего этот блок управления содержит драйвер, связанный с компаратором и с другими электронными элементами. Выпрямительный мост, выполненный таким образом на основе мощных транзисторов и блоков управления, рассеивает энергию в меньшей степени, чем диодный мост. Действительно, когда выпрямительный мост работает в режиме выпрямления, а не в режиме управления, управление мощными транзисторами происходит синхронно. Более подробное описание можно найти, например, в документе ЕР А 1134886. Однако рассеиваемая энергия все же составляет порядка 50 ватт, и выпрямительный мост также нуждается в охлаждении.

Вместе с тем описанные выше блоки управления имеют относительно большие габариты, поэтому при монтаже этих блоков управления и мощных транзисторов на теплоотводном мосте не остается места для вентиляционных люков. По этой причине невозможно добиться охлаждения моста с мощными транзисторами при помощи воздушной циркуляции, как показано на фиг.1.

Другими словами, вышеуказанная конструкция требует выполнения осевых воздуховодов в теплоотводном мосте и соединительном элементе, что сокращает пространство, необходимое для монтажа электронных элементов. В сущности, этого места достаточно для установки диодного выпрямительного моста, но недостаточно для размещения более габаритного электронного блока мощности. В частности, в случае стартера переменного тока электронный блок выполняют таким образом, что вместо каждого диода выпрямительного моста используют, по меньшей мере, один транзистор и один блок управления.

Чтобы решить эту проблему свободного места, в патентной заявке ЕР А 1032114 предложено устройство охлаждения электронного блока мощности стартера переменного тока, в котором теплоотводные элементы выполнены в виде накладки, закрепленной на задней опоре стартера переменного тока, при этом данная задняя опора содержит каналы для прохождения охлаждающего воздуха. Другими словами, в этом устройстве теплоотводный мост прижат к задней опоре, содержащей на своей наружной задней стороне охлаждающие ребра. При этом воздух поступает с бокового или радиального направления и охлаждает при помощи конвекции, с одной стороны, заднюю опору, содержащую ребра, и, с другой стороны, теплоотводный мост, на котором установлен электронный блок мощности. Кроме того, теплоотводный мост может также охлаждаться благодаря явлению теплопроводности через ребра задней опоры, с которыми он находится в механическом контакте.

Однако в таком устройстве необходимо, чтобы теплоотводный мост или накладка были плотно прижаты к опоре для обеспечения возможности охлаждения электронного блока мощности. Действительно, если между накладкой и поверхностью останется хоть какой-нибудь зазор, теплопроводность не будет иметь место или будет недостаточной между накладкой и опорой, и, следовательно, охлаждение электронного блока мощности будет лишь частичным.

Кроме того, если задняя опора оказывается слишком горячей, то это также затрудняет конвективное охлаждение теплоотводного моста.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков вышеуказанных конструкций и создание усовершенствованного и более надежного устройства для охлаждения электронного блока мощности генератора или стартера переменного тока автомобиля, в котором охлаждающая среда поступает сбоку в заднюю часть машины и циркулирует в проходе для потока охлаждающей среды, образованном между теплоотводным мостом и задней опорой генератора переменного тока.

В этой связи настоящим изобретением предлагается ротационная электрическая машина, в частности, генератор переменного тока или стартер переменного тока для автомобиля, содержащая:

заднюю опору;

ротор, отцентрированный и закрепленный на приводном валу, установленном, по меньшей мере, на одной задней опоре, при этом задняя опора содержит радиальные люки выпуска охлаждающей среды;

статор, установленный вокруг ротора, при этом статор содержит катушку индуктивности, содержащую обмотки, образующие фазы электрической машины;

электронную схему мощности, соединенную с фазовыми обмотками статора;

теплоотводный мост, содержащий первую сторону, на которой смонтирована электронная схема мощности, и вторую сторону, противоположную первой стороне и обращенную к задней опоре, при этом упомянутая вторая сторона образует продольную стенку прохода для охлаждающей среды, а другая продольная стенка образована задней опорой, удерживающей статор;

в которой вторая сторона теплоотводного моста содержит средства охлаждения, выполненные в проходе для потока охлаждающей среды.

В варианте выполнения средства охлаждения содержат ребра.

В другом варианте выполнения средства охлаждения содержат стойки, например, круглого или ромбовидного сечения.

Благодаря такой конструкции можно легко осуществлять механическую обработку свободных концов стоек таким образом, чтобы в варианте выполнения эти стойки входили в контакт с задней опорой. Эти стойки повышают прочность теплоотводного моста.

В варианте выполнения вторую сторону теплоотводного моста выполняют с профилем, например, выпуклой формы, позволяющим отклонять поток среды и/или создавать эффект Вентури.

При этом возможны любые комбинации этих вариантов.

Например, колонны можно комбинировать с ребрами, при этом средства охлаждения частично содержат стойки и ребра.

Так, поскольку средства охлаждения механически жестко соединены с мостом, на котором установлен электронный блок мощности, а не с задней опорой, то охлаждение электронного блока мощности обеспечивается независимо от величины тепла, исходящего от задней опоры. Действительно, устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет термически разъединить заднюю опору и теплоотводный мост таким образом, чтобы тепло не могло распространяться за счет теплопроводности. Точно так же, в соответствии с настоящим изобретением, конвективное охлаждение второй стороны теплоотводного моста позволяет охладить электронный блок мощности, содержащий многочисленные электронные элементы.

Настоящее изобретение предпочтительно характеризуется следующими дополнительными отличительными признаками, взятыми отдельно или во всех возможных комбинациях:

средства охлаждения, такие как ребра и/или стойки, располагают радиально в направлении потока охлаждающей среды, чтобы сократить потери напора;

средства охлаждения, такие как ребра и/или стойки, образуют охлаждающие каналы, ориентированные в радиальном направлении, чтобы обеспечить достаточное охлаждение теплоотводного моста по всей его радиальной протяженности;

задняя опора содержит отражатели, установленные на выходе радиальных люков задней опоры, чтобы охлаждающий поток, выходящий через радиальные или боковые люки, не мог быть подхвачен радиально входящим охлаждающим потоком. Таким образом избегают закручивания охлаждающего потока в виде замкнутой петли;

защитный кожух закрывает электронный блок мощности и теплоотводный мост и содержит, по меньшей мере, один приподнятый край, образующий отражатель;

защитный кожух содержит, по меньшей мере, одно отверстие для прохождения охлаждающей среды;

по меньшей мере, одно пространство между приводным валом и теплоотводным мостом образует осевой проход для потока текучей среды;

теплоотводный мост образует антресоль над задней опорой статора;

теплоотводный мост закреплен на опоре статора при помощи соединительных шпилек;

теплоотводный мост закреплен над задней опорой при помощи штифтов, выполненных в задней опоре или в теплоотводном мосте;

между теплоотводным мостом и задней опорой помещают слой из электроизоляционного материала;

осевые концы ребер и/или стоек, выполненных заодно с теплоотводным мостом, находятся на расстоянии от задней опоры;

теплоотвод, содержащий средства охлаждения, и мост, несущий электронный блок мощности, выполнены моноблочно;

теплоотвод, содержащий средства охлаждения, соединен с мостом, несущим электронный блок мощности, образуя, таким образом, теплоотводный мост, состоящий из двух частей;

элементы электронного блока мощности размещены на дорожках;

дорожки жестко соединены с теплоотводным мостом;

дорожки изолированы электрически от теплоотводного моста.

Стойки и/или ребра могут, по меньшей мере, частично выполнять роль теплопроводов.

В варианте выполнения задний вентилятор содержит, по меньшей мере, две расположенные друг за другом части, как описано, например, в документе FR А 2741912, для увеличения числа лопаток и повышения мощности вентилятора.

Средства охлаждения в соответствии с настоящим изобретением содержат, по меньшей мере, один выступ, обращенный к задней опоре и выполненный заодно со второй стороной моста.

Краткое описание фигур

Фиг.1 схематично изображает уже описанную выше заднюю часть классического генератора переменного тока с классическим устройством охлаждения.

Фиг.2 – заднюю часть стартера переменного тока с боковой подачей и удалением охлаждающей среды.

Фиг.3 – заднюю часть стартера переменного тока с антресолью, на которой установлен электронный блок мощности.

Фиг.4-6, 8 и 10 – частичный вид снизу нижней стороны теплоотводного моста, обращенной к задней опоре, в различных вариантах выполнения.

Фиг.7 – вид в разрезе стойки, являющейся средством охлаждения в соответствии с настоящим изобретением, в варианте выполнения.

Фиг.9 и 11 – вид в разрезе, соответственно, по линиям IX-IX и XI-XI фиг.8 и 10.

Фиг.12 – частичный вид в разрезе размещенного теплоотводного моста на дне задней опоры.

Подробное описание вариантов выполнения изобретения

На фигурах общие элементы обозначены одинаковыми позициями.

Ни фиг.2 показан вид сбоку в разрезе задней части стартера переменного тока, содержащего устройство охлаждения в соответствии с настоящим изобретением. Как и все известные стартеры переменного тока, стартер, показанный на фиг.2, содержит ротор 1, закрепленный на приводном валу 2 с осью А. Вокруг этого ротора 2 установлен статор 3, содержащий корпус 8 в виде набора пластин листовой стали с вырезом, в котором проходят обмотки катушки 7 индуктивности. Статор 3 установлен на задней опоре 4 и передней опоре (не показана), удерживающей приводной вал 2 при помощи подшипников 6. Ротор является, например, клювообразным ротором, описанным в документах DE А 19705228 или ЕР А 0515259, к которым можно обратиться для более точных пояснений. В варианте выполнения этот ротор содержит выступающие полюсы и является, например, ротором гибридного типа с выступающими полюсами, которые чередуются в окружном направлении с постоянными магнитами, как описано в документе WO 02/054566.

Как уже было указано выше, стартер переменного тока содержит выпрямительный мост с мощными МОП-транзисторами, связанный с блоками управления, называемыми драйверами, этих мощных транзисторов. Выпрямительный мост и блоки управления в совокупности образуют электронный блок мощности, называемый электронной схемой мощности стартера переменного тока, обозначенной на фиг.2 позицией 15. Этот электронный блок или электронную схему 15 мощности монтируют на верхней стороне, называемой первой стороной, теплоотводного моста 16, описание которого следует ниже.

В соответствии с настоящим изобретением нижняя сторона, называемая второй стороной, обращенная в осевом направлении к задней опоре 4 электрической машины этого теплоотводного моста 16, образует продольный или радиальный проход 17 для потока охлаждающей среды в стартере переменного тока. Вторая стенка этого прохода 17 образована верхней стороной задней опоры 4, описание которой следует ниже.

В соответствии с настоящим изобретением защитный кожух 11 содержит отверстия 19, выполненные напротив прохода 17 для потока охлаждающей среды. Эти отверстия сообщены с наружным периферическим пространством прохода 17. Таким образом, охлаждающая среда, в частности, воздух поступает в заднюю часть стартера переменного тока через эти отверстия 19, затем циркулирует в проходе 17 под теплоотводным мостом 16, охлаждая электронный блок 15 мощности. Задний вентилятор 5, закрепленный на приводном валу 2 или на роторе 1, обеспечивает всасывание воздуха внутрь прохода 17. Отверстия 19 предпочтительно равномерно распределены в окружном направлении по наружной периферии кожуха 11.

В данной конструкции теплоотводный мост 16 образует антресоль над задней опорой 4. На фиг.3, показывающей в профиль устройство охлаждения в соответствии с настоящим изобретением, четко видна эта антресоль. Ниже эта фиг.3 будет описана более подробно.

В соответствии с настоящим изобретением теплоотводный мост 16 на своей нижней стороне содержит средства охлаждения.

Другими словами, нижняя сторона моста 16 выполнена с возможностью образования средств охлаждения.

Эти средства 18 охлаждения расположены в проходе 17 и обеспечивают прохождение потока охлаждающей среды по необходимому пути, то есть таким образом, чтобы охлаждающая среда поступала как можно ближе к приводному валу, максимально обдувая нижнюю сторону теплоотводного моста. Таким образом, нижняя сторона теплоотводного моста охлаждается по всему радиальному пространству между наружной периферией и внутренней периферией, находящейся вблизи вала, теплоотводного моста.

На фиг.3 теплоотводный мост имеет U-образную форму. Таким образом, этот мост 16 содержит два плеча 161, 162 и головной участок 163, соединяющий плечи 161, 162.

Центральный осевой проход 22, ограничивающий внутреннюю периферию теплоотвода, находится между двумя плечами 161, 162. Этот проход ограничен также внутренней периферией 165 головного участка 163. Через этот центральный проход 22 проходит ось А, и он имеет размеры, превышающие размер вала 2.

Благодаря наличию этого прохода 22 охлаждающая среда поступает максимально близко к валу 2, что будет описано ниже.

На фиг.3 теплоотвод является полым и в связи с этим содержит дно 160 U-образной формы, контур которого ограничен бортиком 166, в данном случае перпендикулярным к дну 160, имеющему поперечное направление по отношению к оси А.

Таким образом, осевой проход 22 имеет форму канала.

На фиг.2 и 3 средства охлаждения выполнены в виде ребер 18 охлаждения.

Смежные ребра образуют радиальные каналы, направляющие охлаждающую среду в проход 17, сообщенный с проходом 22.

Эти каналы расширяются от внутренней периферии теплоотводного моста 16 к его наружной периферии. Эти внутренняя и наружная периферии теплоотводного моста 16 вместе с задней опорой 4 ограничивают проход 17. В данном случае ребра имеют радиальное направление относительно центра, определенного осью А, и имеют постоянную высоту.

Таким образом, эти каналы содержат нижнюю сторону, образованную задней опорой, две стороны, находящиеся напротив двух смежных ребер, а также дно 160 U-образной формы теплоотводного моста, образованное между двумя смежными ребрами. Предпочтительно теплоотводный мост, содержащий ребра, и мост, несущий электронный блок мощности, выполнены моноблочно, образуя, таким образом, моноблочный теплоотводный мост.

Ребра выполнены, например, путем формования совместно с теплоотводным мостом и предпочтительно являются тонкими для возможности увеличения их количества и увеличения поверхности теплообмена с воздухом.

Как вариант, теплоотвод может быть выполнен в виде отдельной детали, соединенной с мостом, несущим электронный блок мощности, образуя, таким образом, теплоотводный мост, состоящий из двух деталей. Охлаждающая среда удаляется впоследствии через люки 4a-4d, выполненные в задней опоре 4. Эти люки 4a-4d предпочтительно идентичны люкам, выполненным в опоре генератора переменного тока, показанного на фиг.1. Предпочтительно ребра 18 расположены радиально в направлении потока охлаждающей среды, концентрирующегося в центральных люках 4b и 4с задней полой опоры 4.

В частности, эта опора 4 содержит дно 40, содержащее центральное сквозное отверстие для установки вала 2. Это дно содержит гнездо для установки опорного шарикоподшипника 6 вала 2 и продолжено по своей наружной периферии кольцевым бортиком 41. Дно 40 и бортик 41 имеют соответственно поперечное направление и осевое направление относительно оси А.

Вышеупомянутая верхняя сторона опоры 4 образована верхней стороной дна 40, образующей одну из стенок прохода 17.

Внутри бортика 41 установлен корпус 8 статора 3.

Центральные люки 4b, 4с являются частью дна 40, тогда как другие люки, а именно боковые или радиальные люки 4а, 4d являются, частью бортика 41.

На фиг.3 позициями обозначены только один 4b из центральных люков и один 4а из боковых люков. Центральные люки, выполненные вблизи центрального отверстия дна 40, имеют форму окон, тогда как боковые люки имеют вытянутую форму и выполнены радиально над называемой шиньоном и выступающей относительно корпуса 8 частью обмоток катушки 7 индуктивности. Таким образом, катушка охлаждается благодаря наличию этих боковых люков.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, воздух (или любая другая охлаждающая среда) всасывается в боковом направлении через отверстия 19 в стартере переменного тока и проходит к центральным люкам 4b и 4с опоры 4, обдувая охлаждающие элементы теплоотводного моста, то есть ребра 18 по всей их длине, а затем выходит через боковые люки 4а и 4d опоры 4. Таким образом, электронный блок 15 мощности, в частности, его элементы, охлаждается за счет теплопроводности после охлаждения теплоотводного моста 16 через средства охлаждения, в данном случае выполненные в виде ребер 18.

Кроме того, поскольку теплоотводный мост 16 и электронный блок 15 или электронная схема мощности находятся на расстоянии от приводного вала, между этим приводным валом 2 и теплоотводным мостом 16 существует пространство 22, через которое также может проходить воздух. Это пространство 22 образует осевой канал для прохождения охлаждающей среды. Согласно варианту выполнения настоящего изобретения в защитном кожухе 11 выполнены центральные люки 23а и 23b. Воздух всасывается через люки 23а и 23b в стартер переменного тока, затем проходит через пространство 22 вдоль приводного вала 2 и попадает в проход 17 под теплоотводным мостом 16. Таким образом, электронный блок мощности охлаждается, с одной стороны, в боковом направлении через проход 17 и, с другой стороны, в осевом направлении через пространство 22. Этот дополнительный осевой воздушный поток, проходящий через пространство 22, позволяет улучшить охлаждение внутренних деталей генератора переменного тока, таких как шарикоподшипники 6 и шиньоны обмоток катушки 7 индуктивности за счет увеличения общего расхода воздуха в машине.

На фиг.2 путь потока охлаждающей среды к заднему участку стартера переменного тока показан пунктирными линиями и стрелками.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения за люками 4а и 4d в задней опоре выполнены отражатели 24, точнее, – как показано на фиг.2, – в осевом направлении на выходе заднего края 42 люков 4а и 4d вблизи дна 40. Эти отражатели 24 позволяют отдалить входной поток охлаждающей среды от выходного потока охлаждающей среды, чтобы не позволить охлаждающей среде, выходящей из стартера переменного тока, сразу же вернуться в проход 17. Таким образом, избегают значительной рециркуляции горячей среды, выходящей из внутреннего пространства стартера переменного тока.

Эти отражатели 24, находящиеся на выходе боковых люков 4а и 4d опоры 4, установлены на задней опоре. Так, в варианте выполнения отражатели могут быть закреплены на опоре 4 вблизи боковых люков 4а и 4d опоры, они могут быть также установлены на задней опоре и выполнены в защитном кожухе 11, например, путем приподнятая свободного края защитного кожуха, как показано на фиг.2.

Этот кожух, установленный на опоре 4 и предпочтительно выполненный из пластмассы, имеет полую форму, как и задняя опора 4. Таким образом, он содержит (фиг.2) дно 110, имеющее поперечное направление относительно оси А и продолженное по своей наружной периферии кольцевым бортиком 111, имеющим осевое направление по отношению к оси А.

Центральные люки 23а и 23b выполнены в дне 110, тогда как отверстия 19 в виде люков выполнены в бортике 111.

Отражатели 24 в данном случае соединены, образуя свободный край бортика 111 расширяющейся формы, что облегчает монтаж кожуха на бортике задней опоры. Основание 124 этого края 24, облегчающее монтаж кожуха 11, выполнено в осевом направлении, в данном случае слегка отступая от переднего края 43 люков 4а, 4b. Таким образом, это основание 124 выполнено в осевом направлении между краями 42, 43. В варианте выполнения свободный край бортика содержит чередование расширяющихся, то есть приподнятых участков на выходе люков 4а, 4b и участков, не приподнятых или содержащих фаску для облегчения монтажа кожуха. В варианте выполнения бортик 111 кожуха содержит выступающий в радиальном направлении бортик, профиль которого соответствует форме картера двигателя автомобиля, образуя отражатель. Этот бортик, образующий средство перекрытия, находится перед люками и за отверстиями, как описано в документе ЕР А 0740400.

В варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг.2, защитный кожух 11 охватывает всю заднюю часть стартера переменного тока, то есть охватывает электронный блок 15 мощности, установленный на теплоотводном мосте 16, и всю заднюю опору 4. В этом случае защитный кожух 11 может содержать люки, выполненные за боковыми люками задней опоры и предназначенные для выхода охлаждающей среды их стартера переменного тока. В дополнение или вместо этих люков он может также содержать один или два отражателя 24 напротив боковых люков 4а, 4d. Эти люки могут быть выполнены в самом кожухе.

Защитный кожух 11 может также охватывать электронный блок мощности, установленный на теплоотводном мосте, и верхнюю часть опоры 4, то есть в таком случае он не охватывает боковые стороны опоры, содержащие люки 4а и 4d. В этом случае отражатели могут быть закреплены на опоре 4 или выполнены путем приподнятая свободного края кожуха.

Согласно отличительному признаку теплоотводный мост 16 закреплен на задней опоре 4 при помощи соединительных шпилек 20 или болтов. Согласно варианту выполнения используют такие же соединительные средства, что и для обычного крепления опоры 4 с магнитопроводом 8 статора 3, то есть шпильки, показанные на фиг.1 в документе ЕР А 0515259.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения теплоотводный мост 16 крепят на опоре 4 при помощи крепежных штифтов 21. Эти крепежные штифты могут быть выполнены заодно с теплоотводным мостом 16 или с опорой 4.

На фиг.3 отдельно показан вид сбоку устройства охлаждения стартера переменного тока. Другими словами, на этой фиг.3 не показаны ротор, статор и приводной вал. Таким образом, на этой фиг.3 показана задняя опора 4 с теплоотводным мостом 16, образующим антресоль над опорой 4. В варианте выполнения, показанном на этой фигуре, антресоль закреплена на опоре 4 при помощи крепежных штифтов 21. Минимальное количество этих крепежных штифтов составляет два. Они распределены между ребрами 18. Штифты 21 выполнены вблизи наружной периферии фланца 40, то есть радиально над центральными люками 4b.

Как видно на этой фиг.3, ребра 18 являются более короткими в осевом направлении, чем штифты, и не входят ни в физический, ни в электрический контакт с задней опорой 4. Например, между осевыми концами ребер 18 и дном 40 задней опоры 4 может оставаться зазор в 2 мм.

В показанном на фиг.3 примере теплоотводный мост 16 составляет примерно 3/4 площади дна задней опоры вокруг приводного вала. На верхней стороне этого моста 16 установлены элементы электронного блока 15 мощности стартера переменного тока. Необходимо отметить, что площадь теплоотводного моста может меняться в зависимости от числа и размера монтируемых элементов.

В описанной выше конструкции устройства охлаждения можно соединять генератор переменного тока и выпрямительный мост на массу, при этом она может быть разной для генератора и для моста.

Кроме того, электрическая машина может содержать слой из электроизоляционного материала, выполненный между нижней стороной теплоотводного моста и задней опорой, чтобы избежать любого электрического контакта между этими двумя элементами. Предпочтительно этот слой из электроизоляционного материала закрепляют на наружной стороне задней опоры, при этом он также содержит люки для прохождения воздуха напротив люков задней опоры, предназначенных для прохождения охлаждающей среды.

Согласно варианту выполнения электронные элементы устанавливают на электропроводящих дорожках 25, 26. Эти дорожки изолированы от теплоотводного моста, например, при помощи глинозема.

Например, используют изолированную металлическую подложку в виде металлической подошвы, покрытой изолирующим полимером, а затем листом из электропроводящего материала, такого как медь, который затем подвергают травлению для формирования изолированной электрической схемы. После этого между теплоотводом и изолированной подложкой размещают глинозем. Более подробное описание можно найти в документе ЕР А 1032114.

В данном случае на единственной дорожке 26 устанавливают электронные элементы в виде микросхем, называемых положительными микросхемами, определяющими положительные полумосты, что описано в упомянутом документе ЕР А 1032114. Эта дорожка 26, имеющая U-образную форму, продолжена язычком 27, образующим положительную клемму стартера переменного тока. На каждой из дорожек 25 установлены микросхемы, называемые отрицательными микросхемами, определяющими отрицательный полумост, при этом каждая из дорожек содержит приемную лапку 28, предназначенную для крепления соответствующей обмотки катушки индуктивности. Микросхемы, такие как транзисторы типа MOSFET, соединены между собой проводящими соединениями. Отрицательные микросхемы выведены на массу. На чертеже отрицательная клемма не видна. Предпочтительно мост изолируют электрически от задней опоры, чтобы избежать перебоев, когда генератор переменного тока работает в режиме электрического двигателя.

Все это зависит от вариантов применения.

Описанное выше устройство охлаждения для стартера переменного тока может также применяться в классическом генераторе переменного тока. Действительно, устройство в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно может быть использовано, когда задняя опора выделяет много тепла. В этом случае, чтобы обеспечить хорошее охлаждение электронного блока мощности, ограниченного в данном случае выпрямительным мостом, устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяет осуществить термическое разъединение задней опоры и теплоотводного моста, чтобы избежать теплообмена за счет теплопроводности между теплоотводным мостом и задней опорой генератора переменного тока, содержащего, в частности, клювообразный ротор или ротор с выступающими полюсами.

Само собой разумеется, что настоящее изобретение не ограничивается описанными примерами выполнения.

В частности, можно вносить изменения в конструкцию, чтобы избежать потери напора в проходе 17 и, в частности, обратной циркуляции потока внутрь этого прохода.

Так, в варианте, ребра 18 имеют уменьшающуюся в осевом направлении высоту. Например, ребра 18 являются более высокими в осевом направлении на внутренней периферии прохода 17, чем на наружной периферии прохода 17, чтобы получить максимально постоянную скорость воздушного потока.

В варианте выполнения между двумя последовательными ребрами, принадлежащими к первому ряду ребер, выполненному от наружной периферии к внутренней периферии прохода 17, выполняют, по меньшей мере, одно ребро, более короткое в радиальном направлении.

В варианте выполнения, по меньшей мере, некоторые из ребер 18 содержат щели, позволяющие создать циркуляцию воздуха между двумя сторонами ребра 18, поступающего с той стороны, где статичное давление более высокое, и проходящего к стороне, где это давление более низкое. Таким образом, избегают отрыва крайнего слоя охлаждающей среды, в данном случае воздуха, и рециркуляции этой среды в обратном направлении.

Таким образом, сокращают потери напора и улучшают охлаждение теплоотводного моста 16.

Щели могут быть выполнены прямыми или наклонными относительно дна 160 теплоотвода 16. В этом варианте ребра являются разделенными, по меньшей мере, на две части.

Ребра могут иметь извилистую форму.

По меньшей мере, некоторые из ребер могут быть заменены стойками, и в этом случае средства охлаждения могу содержать ребра и стойки.

Как показано на фиг.4-12, возможны любые комбинации.

Так, на фиг.4 позицией 18 обозначены два ребра радиального направления, ограничивающие канал прохода 17 в соответствии с настоящим изобретением. Между этими двумя последовательными ребрами 18, принадлежащими к первому ряду ребер, находится, по меньшей мере, одно ребро 181, в данном случае – три ребра, принадлежащие ко второму ряду ребер, более коротких в радиальном направлении.

Ребра 181 выполнены по наружной периферии прохода 17. Короткие ребра 182 выполняют по внутренней периферии прохода 17 между двумя последовательными ребрами 18. Эти ребра, число которых в данном случае равно трем, по существу, находятся на одной линии в радиальном направлении с ребрами 181 таким образом, что между ребрами 181, 182, по существу, выровненными по одной линии, существуют щели.

Эти щели в варианте выполнения могут иметь небольшую ширину. В данном случае щели имеют большую ширину, что позволяет выполнить в радиальном направлении между ребрами 181 и 182 два в окружном направлении ряда стоек 281 и 282. Эти стойки выполняют по двум окружностям и имеют в данном случае круглое сечение, в варианте они могут иметь овальное сечение или ромбовидное сечение, как показано под обозначением 381 на фиг.7, на которой стрелкой показан путь воздуха. Эти стойки располагают в шахматном порядке.

В варианте, показанном на фиг.5, последовательные ребра 180 первого ряда имеют извилистую форму, в данном случае они выгнуты, чтобы создать эффект Вентури и оптимизировать скорость воздушного потока.

В данном варианте число ребер и стоек 182, 282, соответственно, уменьшают, а число ребер и стоек 181, 281 увеличивают, соответственно. На входе прохода 17 расстояние в окружном направлении между ребрами 18 больше, чем на выходе этого прохода.

Все эти варианты конструкции позволяют увеличить площадь теплообмена между теплоотводом и воздухом и улучшить управление воздушным потоком под электронным блоком мощности. Кроме того, это облегчает изготовление моста 16, так как в нем используют не только тонкие ребра.

Разумеется, что средства охлаждения могут содержать только стойки 481, как показано на фиг.6.

Эти стойки, в данном случае имеющие круглое сечение, могут быть выровнены по одной линии в радиальном направлении или смещены в окружном направлении, как стойки 281, 282 рядов на фиг.4 и как стойки 581 на фиг.8. В варианте выполнения стойки имеют прямоугольное сечение. В этом случае каждое ребро 18 делят на части, отделенные друг от друга щелями.

Необходимо отметить, что стойки повышают механическую прочность теплоотвода. При выполнении стоек можно механически обработать их свободные концы таким образом, чтобы в варианте выполнения стойки находились в контакте с дном 40 опоры 4. Этот контакт может быть непосредственным или через теплоизолирующий слой, обозначенный, например, позицией 50 на фиг.12, и выполненный между свободными концами стоек и дном 40 задней опоры 4.

Некоторые из этих стоек могут быть штифтами 21, показанными на фиг.3, при этом между дном 40 опоры 4 и свободными концами остальных стоек остается зазор.

Само собой разумеется, что дно теплоотвода, а, точнее, его нижняя сторона, обращенная к дну задней опоры, может содержать выпуклый участок, обозначенный позицией 280 на фиг.10 и 11, позволяющий отклонять поток воздуха и создавать явление Вентури в проходе 17 для оптимизации скорости воздушного потока. Такая конструкция является еще одним вариантом выполнения средств охлаждения в соответствии с настоящим изобретением.

В варианте выполнения стойки могут иметь разное сечение.

Некоторые из стоек могут быть полыми внутри, как показано под позицией 681 на фиг.12, при этом такая стойка образует один из крепежных штифтов 21 фиг.3. Через эту стойку могут проходить шпильки или соединительные винты, показанные на фиг.2.

Некоторые из этих стоек могут представлять собой теплопроводы, содержащие зону конденсации, выполненную в проходе 17, и зону испарения, поглощающую тепло и находящуюся в контакте с нижней стороной теплоотвода 16.

Этот теплопровод внутри выполнен полым и содержит закрытый отсек, содержащий охлаждающую среду под давлением, такую как вода. Отсек теплопровода выполняют, например, из меди или из нержавеющей стали, или из никеля. Этот теплопровод отбирает тепло на уровне теплоотвода путем преобразования из жидкого состояния в газообразное состояние. Он восстанавливает тепло в проходе 17.

В варианте теплоотвод может быть выполнен в виде подковы или в виде венца.

В варианте выполнения на теплоотводе могут быть установлены регулятор напряжения и/или средства управления (драйверы) электронным блоком 15 мощности, а именно электронными элементами, такими как микросхемы в виде транзисторов, принадлежащие к выпрямительному мосту, преобразующему переменный ток, создаваемый статором 3, в постоянный ток, при этом, как было указано выше, этот мост может быть также мостом управления, когда в блок 15 подают ток под контролем драйверов.

Плечи этого моста образуют модули с взаимодействующим с ними драйвером. Как правило, электронная схема мощности содержит несколько элементов и несколько частей.

Можно использовать один или несколько драйверов. Например, для управления всеми микросхемами, образующими управляемые прерыватели, используют только один драйвер. В варианте используют один драйвер на каждую микросхему или один драйвер на каждое плечо моста. Таким образом, в варианте выполнения на теплоотводе размещают всю часть блока управления и контроля стартера переменного тока, отвечающую за мощность, то есть микросхемы и драйвер или драйверы. При этом часть, отвечающая за контроль и управление, то есть регулятор напряжения, управляющий катушкой возбуждения ротора, смонтирована в наружном корпусе.

Монтаж электронной схемы на теплоотводном мосте может быть осуществлен в соответствии с описанием в документе WO 03/051095, к которому можно обратиться. Так, эта схема содержит металлические дорожки, например, из меди, предназначенные для установки микросхем. На них шприцеванием наносят смолу, например, термопластическую смолу, оставляя, благодаря использованию соответствующей формы, доступные части на уровне нижних и верхних сторон дорожек, в частности, для монтажа микросхем на верхней стороне дорожек. Нижняя доступная сторона дорожек находится непосредственно под микросхемами.

После этого между дорожками и теплоотводом вставляют теплопроводящий элемент и электроизолятор. Этот элемент может быть выполнен из эпоксидной смолы или полиамида и содержит адгезивные стороны. В варианте речь может идти о теплопроводящем клее, содержащем стеклянные шарики.

После этого устанавливают защитный кожух.

Необходимо отметить, что задняя опора не претерпела существенных изменений по сравнению с опорой, показанной на фиг.1. В этой опоре отсутствует гнездо для монтажа отрицательных диодов, и она, в случае необходимости, содержит штифты для крепления моста.

Средства охлаждения в данном случае являются средствами механического типа и содержат, по меньшей мере, один выступ, выполненный во второй стороне теплоотвода и установленный в проходе 17.

Формула изобретения

1. Ротационная электрическая машина, содержащая:

заднюю опору (4);

ротор (1), отцентрированный и закрепленный на приводном валу (2), установленном, по меньшей мере, на одной задней опоре (4), при этом задняя опора (4) содержит радиальные люки (4а, 4d) для выпуска охлаждающей среды;

статор (3), установленный вокруг ротора, при этом статор содержит катушку (7) индуктивности, содержащую обмотки, образующие фазы электрической машины;

электронную схему (15) мощности, соединенную с фазовыми обмотками статора;

теплоотводный мост (16), содержащий первую сторону, на которой смонтирована электронная схема мощности, и вторую сторону, противоположную первой стороне и обращенную к задней опоре, при этом упомянутая вторая сторона образует продольную стенку прохода (17) для потока охлаждающей среды, а другая продольная стенка этого прохода (17) образована задней опорой (4), удерживающей статор,

отличающаяся тем, что электронная схема (15) мощности содержит электронные элементы в виде моста с мощными транзисторами и средства управления, связанные с управлением указанным мостом, при этом указанные элементы выполнены на дорожках (25), неподвижно соединенных с теплоотводным мостом (16), и тем, что вторая сторона теплоотводного моста (16) содержит средства (18) охлаждения, выполненные в проходе (17) для потока охлаждающей среды и предназначенные для охлаждения указанных электронных элементов.

2. Ротационная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что средства охлаждения выполнены радиально в направлении потока охлаждающей среды.

3. Ротационная электрическая машина по п.2, отличающаяся тем, что средства охлаждения содержат ребра (18) охлаждения.

4. Машина по п.3, отличающаяся тем, что ребра (18) охлаждения образуют охлаждающие каналы, имеющие радиальное направление.

5. Ротационная электрическая машина по п.2, отличающаяся тем, что средства охлаждения содержат стойки (281, 282, 481, 381, 481, 581, 681).

6. Машина по п.5, отличающаяся тем, что средства охлаждения содержат ребра и стойки.

7. Машина по п.5, отличающаяся тем, что некоторые из стоек (681) являются крепежными штифтами, предназначенными для крепления теплоотводного моста (16) на задней опоре (4).

8. Ротационная электрическая машина по п.2, отличающаяся тем, что средства охлаждения образованы, по меньшей мере, одним выпуклым участком (280) второй стороны теплоотвода.

9. Ротационная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что задняя опора содержит дно (40), образующее одну из стенок прохода (17) для потока охлаждающей среды, тем, что это дно (40) продолжено по своей наружной периферии бортиком (41), содержащим боковые люки (4а-4d), и тем, что на задней опоре установлен, по меньшей мере, один отражатель (24) на выходе боковых люков (4a-4d) бортика (41) задней опоры (4).

10. Ротационная электрическая машина по п.8, отличающаяся тем, что содержит полый защитный кожух (11), закрывающий электронную схему (15) мощности и теплоотводный мост (16), и тем, что отражатель (24) выполнен на свободном конце кожуха (11).

11. Ротационная электрическая машина по п.9, отличающаяся тем, что свободный конец (24) кожуха (11) выполняют расширяющимся и образующим отражатель.

12. Ротационная электрическая машина по п.9, отличающаяся тем, что защитный кожух (11) содержит, по меньшей мере, одно отверстие (19), сообщенное с проходом (17) для потока охлаждающей среды.

13. Ротационная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, одно пространство между приводным валом ротора и теплоотводным мостом, образующее осевой проход для потока охлаждающей среды.

14. Ротационная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что теплоотводный мост (16) образует антресоль над задней опорой (4).

15. Ротационная электрическая машина по п.8, отличающаяся тем, что теплоотводный мост закреплен на задней опоре (4) при помощи соединительных шпилек (20).

16. Ротационная электрическая машина по п.14, отличающаяся тем, что теплоотводный мост закреплен над задней опорой при помощи штифтов (21), выполненных заодно с теплоотводным мостом.

17. Ротационная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что содержит слой из электроизоляционного материала между теплоотводным мостом и задней опорой.

18. Ротационная электрическая машина по п.3, отличающаяся тем, что осевые концы ребер, выполненных заодно с теплоотводным мостом, находятся на расстоянии от задней опоры.

19. Ротационная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что теплоотводный мост, содержащий средства охлаждения, и мост, несущий электронную схему мощности, выполнены моноблочно.

20. Ротационная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что является реверсивным генератором переменного тока.

РИСУНКИ