DISPOSITIVO DE RECTIFICACION SINCRONA Y MAQUINA ELECTRICA SINCRONA QUE LO EMPLEA.

Dispositivo (10) de rectificación síncrona del tipo puente en H que alimenta a una bobina (5) de una fase de una máquina síncrona del tipo de reluctancia variable para trabajar en modo motor y en modo generador,

que comprende cuatro interruptores (21, 31, 22, 32) dispuestos en las conexiones eléctricas (11, 12) de este puente en H y destinados a ser controlados por un circuito electrónico (40), caracterizado por el hecho de que cada interruptor comprende al menos un transistor (T1) controlado o no por diodo por el circuito electrónico (40) según que la intensidad I de la corriente que atraviesa a la bobina sobrepasa o no un umbral S predeterminado

Dispositivo de rectificación síncrona y máquina eléctrica síncrona que lo emplea.

La invención se refiere a un dispositivo de rectificación síncrona del tipo puente en H que alimenta a una máquina eléctrica síncrona.

La invención también se refiere a una máquina eléctrica síncrona polifásica prevista para trabajar en modo motor y en modo generador, por ejemplo un alterno-motor de arranque de vehículo automóvil.

Una máquina eléctrica síncrona polifásica, por ejemplo un motor de reluctancia variable, comprende (ver en figura 1) un rotor 1, un imán permanente o equivalente, solidario de un eje 2 controlado en rotación angular, y un estator 3 que tiene una pluralidad de polos salientes 4 opuestos dos a dos y correspondientes a las fases de la máquina. La estructura ferromagnética del estator comprende unos devanados 5 alimentados con corriente eléctrica para inducir un campo magnético que orienta el rotor.

La alimentación en corriente eléctrica de los devanados, generalmente una batería 20, cuya salida está filtrada por un filtro 30 delimitado por una línea cerrada discontinua que comprende una inductancia 350 y un condensador 360, está controlada separadamente en cada bobina gracias a un dispositivo de rectificación síncrona que comprende un puente en H 10 situado entre la batería y la masa de tal manera que cree un campo giratorio que acciona el rotor a la misma velocidad llamada de sincronismo.

El puente en H 10 delimitado por una línea cerrada discontinua comprende dos conexiones eléctricas paralelas 11 y 12 que forman las ramas verticales de una H, comprendiendo cada conexión 11, 12 dos interruptores electrónicos 21, 31 y 22, 32, separados por un punto medio 13 o 14, estando conectados los puntos medios 13 y 14 de estas conexiones entre sí por la bobina 5 de una fase de la máquina.

En una forma de realización común del puente en H, generalmente considerada por su simplicidad, los interruptores pueden ser transistores 23, 34, y diodos 33, 24, como en el ejemplo de la figura 1, estando los diodos y los transistores situados en diagonal.

Los transistores 23 y 34 son controlados por un circuito electrónico 40 para autorizar el paso de la corriente en la bobina 5 mientras que los diodos 33 y 24 actúan como interruptores espontáneos y permiten absorber la energía almacenada en dicha bobina. Este tipo de funcionamiento se llama asíncrono.

Sin embargo, los diodos, que presentan corrientes de fuga elevadas, inducen una pérdida de energía no despreciable, incluso en la parada, y el rendimiento global de la máquina puede resultar limitado hasta 85%.

Además, los interruptores se determinan previamente para ser siempre controlados o ser siempre "espontáneos", y las pérdidas de energía en el puente en H resultan desequilibradas, lo cual perjudica la fiabilidad de la máquina.

Un alterno-motor de arranque está por ejemplo constituido por una máquina síncrona de reluctancia variable que comprende un puente en H y que puede trabajar en modos generador y motor, según las ordenes síncronas y asíncronas que se imponen sucesivamente a los interruptores 21, 22, 31, 32.

Controlado como generador, transforma una parte de la energía mecánica disponible en el árbol motor en energía eléctrica para alimentar la instalación eléctrica del vehículo y recargar la batería a través de los diodos, es decir en modo asíncrono.

Controlado como motor, transforma la energía eléctrica disponible en la batería, en energía mecánica o bien para arrancar el motor térmico del vehículo, en cuyo caso garantiza la función motor de arranque, o bien para ayudarlo en frío, o bien para ejecutar la función llamada "stop and go" de paradas y de arranques frecuentes, en especial en ciudad.

En este último caso, son sobre todo los transistores, controlados en modo síncrono, que transmiten la energía de la batería a los devanados del estator, ocasionalmente, y en cortas duraciones.

Este dispositivo se describe en el documento DE 4314290.

Esta máquina síncrona debe ser muy fiable.

Para mejorar el rendimiento energético global y la fiabilidad de la máquina de más arriba, se puede intentar perfeccionar los puentes en H disociando los circuitos que garantizan la potencia en modo motor de los que garantizan la potencia en modo generador. Efectivamente, al no funcionar simultáneamente, pueden ser separados y perfeccionados en sus funciones esenciales de manera específica. Sin embargo, esta solución sería costosa.

El Solicitante ha escogido una vía diferente más económica y propone una máquina del tipo descrito más arriba capaz de asegurar los funcionamientos en modos motor y generador con los mismos puentes en H evitando a la vez las pérdidas de energía debidas a las corrientes de fuga de los diodos y mejorando su fiabilidad global.

A tal efecto, la invención se refiere ante todo a un dispositivo de rectificación síncrona del tipo con puente en H que alimenta a la bobina de una fase de una máquina síncrona del tipo de reluctancia variable para trabajar en modo motor y en modo generador, que comprende cuatro interruptores dispuestos en las conexiones eléctricas de este puente en H y destinados a ser controlados por un circuito electrónico, caracterizado por el hecho de que cada interruptor comprende al menos un transistor controlado o no mediante diodo por el circuito electrónico según que a intensidad I de la corriente que atraviesa a la bobina sobrepase o no un umbral S predeterminado.

Suprimiendo los diodos, se evita la pérdida de energía debida a su corriente de fuga, lo cual contribuye a una primera mejora del rendimiento global de la máquina síncrona.

Preferentemente, cada interruptor está constituido por un determinado número de transistores en paralelo, estando dicho número determinado por la potencia a encauzar por el interruptor.

La optimización del número de transistores en función de la potencia mejora aún más el rendimiento global de la máquina. Más que una mejora de su fiabilidad, gracias a la redundancia de los transistores así obtenida mediante su puesta en paralelo, se mejora incluso su seguridad de funcionamiento.

En especial, la cantidad de transistores operacionales en los interruptores pueden escogerse mediante el propio circuito electrónico para mejorar el rendimiento de la máquina síncrona en los modos motor o generador de su funcionamiento.

Ventajosamente, los transistores son todos idénticos, lo cual es menos costoso para la fabricación industrial de la máquina.

Aún más ventajosamente, los transistores son unos MOS.

La invención también se refiere a una máquina eléctrica síncrona polifásica, con una bobina alimentada por fase, mediante una alimentación continua, bajo el control de un dispositivo de rectificación síncrona del tipo descrito más arriba que comprende cuatro interruptores controlados por un circuito electrónico, máquina caracterizada por el hecho de que el circuito electrónico está dispuesto para controlar los cuatro interruptores por pares distintos, estando cada par constituido por dos de los cuatro interruptores, que siempre se escogen en serie con dicha bobina, estando todos los pares alternativamente controlados o bien para alimentar la bobina con corriente directa o inversa, o bien para restituir la energía que tiene almacenada.

Utilizando un dispositivo de rectificación síncrona del tipo visto anteriormente, se mejora el rendimiento de la máquina hasta 95%.

Invirtiendo alternativamente las funciones de los pares de interruptores, se hacen triviales las funciones de dichos interruptores y se equilibran en estos las pérdidas en el tiempo, lo cual mejora la fiabilidad del puente en H, y por lo tanto de la máquina síncrona.

Preferentemente, se prevé un sensor de corriente en el circuito de la bobina, el circuito electrónico está dispuesto para controlar un par de interruptores en modo síncrono si la corriente en la bobina es superior en valor absoluto a un umbral predeterminado, o sino en modo asíncrono, interviniendo los transistores implicados solamente mediante su diodo interno, estando los dos interruptores restantes controlados cerrados.

Ventajosamente, el circuito electrónico de control de los interruptores está dispuesto para desfasar las ordenes de dichos interruptores en el tiempo durante el cambio de modo para evitar la puesta en corto circuito de la alimentación continua.

Aún...

1. Dispositivo (10) de rectificación síncrona del tipo puente en H que alimenta a una bobina (5) de una fase de una máquina síncrona del tipo de reluctancia variable para trabajar en modo motor y en modo generador, que comprende cuatro interruptores (21, 31, 22, 32) dispuestos en las conexiones eléctricas (11, 12) de este puente en H y destinados a ser controlados por un circuito electrónico (40), caracterizado por el hecho de que cada interruptor comprende al menos un transistor (T1) controlado o no por diodo por el circuito electrónico (40) según que la intensidad I de la corriente que atraviesa a la bobina sobrepasa o no un umbral S predeterminado.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual cada interruptor está constituido por un determinado número (n) de transistores (T1, ... , Tn) en paralelo, estando dicho número determinado por la potencia a disipar en estos.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el cual la cantidad (n) de transistores operacionales en los interruptores se escogen entre 3 y 5.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual los transistores (T1, ... , Tn) son todos idénticos.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual los transistores son unos MOS.

6. Máquina eléctrica síncrona polifásica (10, 20, 30, 40, 50), con por fase una bobina (5) alimentada, por una alimentación continua (20), bajo el control de un dispositivo (10) de rectificación síncrona según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende cuatro interruptores (21, 31, 22, 32) controlados por un circuito electrónico (40), y caracterizada por el hecho de que el circuito electrónico (40) está dispuesto para controlar los cuatro interruptores (21, 31, 22, 32) por pares distintos, estando cada par constituido por dos de los cuatro interruptores, que siempre se escogen en serie con la bobina (5), estando todos los pares alternativamente controlados (F1, ... , F6' ; F1, ... , F6') o bien para alimentar la bobina (5) con corriente (I) directa (A1) o inversa (A2), o bien para restituir la energía que tiene almacenada.

7. Máquina según la reivindicación 6, en la cual, estando un sensor (45) de corriente (I) previsto en el circuito de la bobina (5), el circuito electrónico (40) está dispuesto para controlar un par de interruptores en modo síncrono (M2, M2') si la corriente (I) en la bobina (5) es superior en valor absoluto a un umbral (S) predeterminado, o si no en modo asíncrono (M1, M1'), los transistores implicados solamente intervienen entonces mediante su diodo interno, estando los dos otros interruptores controlados cerrados.

8. Máquina según la reivindicación 7, en la cual el circuito electrónico (40) de control de los interruptores está dispuesto para desfasar (?t) las órdenes de dichos interruptores en el tiempo durante el cambio de modo (M1, M2; M1', M2') para evitar la puesta en corto circuito de la alimentación continua (20).

9. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, que comprende en su rotor (1) un sensor de posición angular (42) del rotor (1) conectado al circuito electrónico (40), caracterizada por el hecho de que el circuito electrónico (40) está dispuesto para controlar la máquina síncrona polifásica en función de la posición (?) del rotor según un modo motor o un modo generador, según una información de utilización (M) suministrada por el calculador motor de un vehículo automóvil.