Módulo de control y de potencia (100) de un alternador- motor de arranque polifásico para vehículo automóvil,

conectado a los fases del alternador-motor de arranque (3) , a la red de a bordo (Ua) y a una línea de masa (GND) del vehículo, que comprende: - una unidad de potencia (1) que comprende un puente de transistores de potencia à varios ramas (B1 - B3), cada rama correspondiente a una fase del alternador-motor de arranque - una unidad de control (50) que compara una tensión de fase (e) del alternador-motor de arranque con una tensión de referencia (Va, GND) y que controla los transistores en función del resultado de la comparación, caracterizado por el hecho de que comprende una primera etapa (100b) integrada en dicho alternador- motor de arranque (3) y constituido por una pluralidad de sub-módulos electrónicos de potencia integrados y compactos (100b; 200), estando cada llamado submódulo electrónico de potencia (100b; 200) dispuesto al nivel de una salida de fase respectiva (φ1, φ2, φ3) de devanado estatórico del alternador-motor de arranque, una segunda etapa (100a) constituida por una caja distinta de dichos submódulos electrónicos de potencia (100b, 200) y que comprende un circuito de gestión (2), integrando cada llamado sub-módulo electrónico de potencia (100b, 200) una rama (B1, B2, B3) de dicho puente de transistores de potencia y un circuito driver (10, 20, 30) que pilota a todos los transistores de potencia (11, 12; 21, 22; 31, 32) de dicha rama (B1, B2, B3) e implantado lo más cerca posible de dichos transistores de potencia, y controlando dicho circuito de gestión (2) el funcionamiento del conjunto de dichos circuitos driver (10, 20, 30) y que constituye con estos dicha a unidad de control (50)

Sector de la invención

La invención se refiere a una máquina eléctrica giratoria y reversible, tal como un alternador-motor de arranque, destinado en especial por un lado, a alimentar con electricidad a la red de a bordo de un vehículo automóvil y a cargar la batería de este vehículo y por otro lado a arrancar el motor térmico 5 del vehículo automóvil. La invención se refiere más especialmente a un módulo de control y potencia destinado a controlar una tal máquina.

Estado de la técnica

En un vehículo automóvil, el alternador permite transformar un movimiento de rotación del rotor inductor, accionado por el motor térmico del vehículo, en una corriente eléctrica inducida en los 10 devanados del estator. El alternador también puede ser reversible y constituir un motor eléctrico, o máquina eléctrica giratoria, que permite hacer girar, mediante el árbol de rotor, el motor térmico del vehículo. Este alternador reversible es llamado alterno-motor de arranque, o alternador-motor de arranque. Permite transformar la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa. Así, un alterno-motor de arranque puede arrancar el motor térmico del vehículo automóvil, o también, funcionar en 15 modo motor para accionar el vehículo automóvil. En general, el estator comprende tres devanados, de manera que el alternador es de tipo trifásico. Como variante, el alternador es del tipo hexafásico y puede ser bobinado con barras de conductores en forma de horquillas. Cuando el alternador-motor de arranque funciona en modo motor de arranque o en modo motor, debe transmitir al motor térmico un par muy elevado. 20

Por lo tanto, esta máquina de tipo polifásico y reversible funciona como alternador para, en especial, cargar la batería del vehículo y como motor de arranque para accionar el motor de combustión interna, también denominado motor térmico, del vehículo automóvil para su arranque.

A tal efecto, una unidad de potencia conectada a las fases del inducido del alternador, sirve de puente de control de estas fases en modo motor y realiza la función de puente rectificador cuando el 25 alternador-motor de arranque funciona en modo alternador.

La figura 20 representa una máquina eléctrica giratoria que constituye un alternador-motor de arranque según el estado de la técnica, tal como se describe en el documento WO 01/69762.

En esta figura , la parte derecha corresponde a la parte delantera de la máquina y la parte izquierda la parte trasera de la máquina. Esta máquina giratoria que constituye un alternador 30 comprende:

- un rotor 743 bobinado que constituye el inductor asociado clásicamente a dos anillos colectores 706, 707 y dos escobillas por las cuales se lleva la corriente de excitación;

- un estator polifásico 503 que lleva varios devanados o arrollamientos, que constituyen el inducido 507, que están conectados en estrella o en triángulo en el caso más frecuente de una estructura trifásica y 35 que suministran hacia el puente rectificador, en funcionamiento alternador, la potencia eléctrica convertida.

El puente está unido a las diferentes fases del inducido y está montado entre la masa y un borne de alimentación de la batería. Este puente presenta, por ejemplo, unos diodos asociados a unos transistores de tipo MOSFET. 40

El funcionamiento en modo motor de un tal alternador se efectúa imponiendo, por ejemplo, una corriente continua en el inductor y suministrando de manera síncrona, a las fases del estator, unas señales desfasadas de 120°, idealmente sinusoidales pero eventualmente trapezoidales o cuadradas.

Este puente rectificador en modo alternador, y de control en modo motor, es pilotado por una unidad de control. La unidad de potencia, constituida por el puente de rectificación y de control, y la 45 unidad de control constituye un módulo de control y de potencia implantado en el exterior de la máquina eléctrica giratoria a la cual está conectada por un medio de conexión eléctrica a los bornes de salida de las fases del estator.

Se prevén además unos medios para el seguimiento de la posición angular del rotor para, en modo motor eléctrico, inyectar en el momento adecuado corriente eléctrica en el devanado adecuado del 50 estator.

Estos medios, ventajosamente de tipo magnético, envían informaciones a la unidad de control y se describen por ejemplo en los documentos FR-2 807 231 y FR 2 806 223.

Estos medios comprenden por lo tanto un encoder calado 750 para girar con el rotor o la polea 701 de la máquina y al menos un sensor 752 del tipo de efecto Hall o magneto-resistivo que detecta el paso del encoder, ventajosamente de tipo magnético. 5

Preferentemente, se prevén al menos tres sensores 752, llevados por el palier delantero 713 o trasero 504 que comprende la máquina eléctrica giratoria para soportar, de manera fija, el estator y, para girar, el rotor.

El porta-sensores 753, aquí de plástico, presenta unas porciones 755 de orientación axial. Estas porciones 755 atraviesan el palier 504 a través, aquí, de un agujero 754. Los sensores 752 son 10 solidarios de las porciones 755 y están implantados radialmente entre el encoder 750 y las palas 505 quedando muy cercanos del encoder 750. El porta-sensor está montado en un perno de fijación 757.

Las conexiones eléctricas de los sensores 752 están alojadas en el porta-sensores 753 fijado con ayuda de dos orejas 756 al fondo del palier trasero 504 del lado opuesto al encoder 750 y al rotor 743.

El porta-escobillas 716 está fijado a la misma cara del fondo del palier trasero 504 con ayuda de 15 pernos y de orejas no referenciados.

El porta-escobillas 716 comprende de manera conocida dos jaulas para el guiado de escobillas que cooperan cada una con un anillo colector 706, 707 fijado al extremo trasero del árbol 502. Las escobillas están sometidas a la acción de muelles alojados en las jaulas.

Se desea, en determinados casos, mejorar las prestaciones de arranque de un alternador-motor 20 de arranque. Así, es posible sobreexcitar el rotor para obtener más par en el arranque.

Esta sobreexcitación puede ser realizada mediante una sobretensión en los bornes del devanado de excitación y/o una sobreintensidad en el devanado de excitación con respecto a un alternador convencional.

Esto puede ser realizado con ayuda de un dispositivo de sobretensión electrónico que 25 sobreexcita el devanado del rotor únicamente en modo arranque.

Esta máquina tiene aquí la estructura de un alternador clásico, por ejemplo, del tipo como aquel descrito en el documento EP-A-0 515 259 al cual se hará referencia para más precisiones.

Las ruedas polares 741, 742 están agujereadas para el paso a la fuerza del árbol 502. Más concretamente, el árbol 502 es más duro que las ruedas polares 741, 742 para la fijación de estas por 30 sus porciones estriadas.

Este árbol 502 se extiende de parte y otra del rotor 743 y forma un subconjunto con este.

Las ruedas polares, mediante su disco, llevan fijadas, aquí por soldadura eléctrica, cada una un ventilador 515 con unas palas 505.

Esta máquina es por lo tanto con ventilación interna (refrigeración por aire), llevando su rotor al 35 menos en uno de sus extremos axiales un ventilador 515. Como variante la máquina está refrigerada por agua.

Más concretamente el rotor es un rotor de garras 743 con unas ruedas polares 741, 742 que llevan en su periferia externa unos dientes de orientación axial y de forma trapezoidal. Los dientes de una rueda polar están dirigidos hacia los dientes de la otra rueda polar, siendo dichos dientes de forma 40 globalmente trapezoidal distribuidos de manera imbricada de una a otra rueda polar.

Obviamente, tal como se describe por ejemplo en el documento FR-A-2 793 085, se pueden intercalar unos imanes permanentes entre los dientes de las ruedas polares para aumentar el campo magnético.

El rotor lleva un devanado de excitación entre los discos de sus ruedas polares. Este devanado 45 comprende un elemento eléctricamente conductor que está enrollado con formación de espiras. Este devanado es un devanado de excitación que, cuando está activado, magnetiza el rotor para crear, con ayuda de los dientes, unos polos magnéticos. Los extremos del devanado del rotor están conectados cada uno a un anillo colector sobre cada...

1. Módulo de control y de potencia (100) de un alternador- motor de arranque polifásico para vehículo automóvil, conectado a los fases del alternador-motor de arranque (3) , a la red de a bordo (Ua) y a una línea de masa (GND) del vehículo, que comprende:

- una unidad de potencia (1) que comprende un puente de transistores de potencia à varios ramas (B1 - 5 B3), cada rama correspondiente a una fase del alternador-motor de arranque - una unidad de control (50) que compara una tensión de fase (e) del alternador-motor de arranque con una tensión de referencia (Va, GND) y que controla los transistores en función del resultado de la comparación, caracterizado por el hecho de que comprende una primera etapa (100b) integrada en dicho alternador- motor de arranque (3) y constituido por una pluralidad de sub-módulos electrónicos de 10 potencia integrados y compactos (100b; 200), estando cada llamado submódulo electrónico de potencia (100b; 200) dispuesto al nivel de una salida de fase respectiva (φ1, φ2, φ3) de devanado estatórico del alternador-motor de arranque, una segunda etapa (100a) constituida por una caja distinta de dichos sub-módulos electrónicos de potencia (100b, 200) y que comprende un circuito de gestión (2), integrando cada llamado sub-módulo electrónico de potencia (100b, 200) una rama (B1, B2, B3) de dicho puente de 15 transistores de potencia y un circuito driver (10, 20, 30) que pilota a todos los transistores de potencia (11, 12; 21, 22; 31, 32) de dicha rama (B1, B2, B3) e implantado lo más cerca posible de dichos transistores de potencia, y controlando dicho circuito de gestión (2) el funcionamiento del conjunto de dichos circuitos driver (10, 20, 30) y que constituye con estos dicha a unidad de control (50).

2. Módulo de control y de potencia según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que está 20 integrado por detrás del alternador-motor de arranque.

3. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado por el hecho de que la segunda etapa está colocada en una caja exterior al alternador- motor de arranque.

4. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que está destinado a ser conectado a un alterno-motor de arranque trifásico del cual cada 25 fase está conectada a una de las ramas (B1, B2, B3) de la unidad de potencia y por el hecho de que estas tres ramas son idénticas.

5. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que unos controles del circuito de gestión (2) son comunes a todos los drivers.

6. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el 30 hecho de que cada transistor es un conjunto de transistores conectados en paralelo.

7. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que cada driver (10, 20, 30) recibe a la entrada unas señales (ALG, SC, VA, VD) provenientes del circuito de gestión (2).

8. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el 35 hecho de que cada driver (10, 20, 30) recibe a la entrada unas señales de medida (MVA, MGND, MPH,) respectivamente del potencial de la red de a bordo (UA), del potencial de la masa (GND) y del potencial de las fases (PH).

9. Módulo de control y de potencia según la reivindicación precedente, caracterizado por el hecho de que cada driver está situado a proximidad del potencial (PH, UA, GND) a medir de manera que las 40 conexiones de las señales de medida (MPH, MVA, MGND) son de longitud reducida para disminuir su sensibilidad frente a las perturbaciones.

10. Módulo de control y de potencia según la reivindicación 8 o la 9, caracterizado por el hecho de que las conexiones de las señales de medida (MPH, MVA, MGND) están conectadas al potencial de masa (GND) de los transistores de potencia (12, 22, 32) al potencial de alimentación (UA) de los transistores 45 de potencia (11, 21, 31) y al potencial de fase (PH) de los transistores de potencia (11, 12, 21, 22, 31, 32)

11. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por el hecho de que las señales de medida provenientes del circuito de potencia están conectadas a dos comparadores (C11, C12) del driver (10, 11, 12). 50

12. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que cada driver (10, 20, 30) está controlado por el mismo circuito de gestión (2).

13. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que los drivers (10, 20, 30) pilotan cada uno los transistores (11, 12, 21, 22, 31, 32) de potencia de una misma rama (B1, B2, B3).

14. Módulo de control y de potencia según la reivindicación precedente, caracterizado por el hecho de que cada rama del puente comprende al menos dos transistores de potencia provistos cada uno de una 5 rejilla y por el hecho de que los drivers (10, 20, 30) están conectados, a la salida, a las rejillas de los dos transistores (11, 12; 21, 22; 31, 32) de potencia de una misma rama.

15. Módulo de control y de potencia según la reivindicación 14, caracterizado por el hecho de que los drivers (10, 20, 30) comparan los potenciales de fase (φ1, φ2, φ3) del alternador-motor de arranque con el potencial de masa del puente rectificador para el control de uno de los transistores (12, 22, 32) y con 10 el potencial de salida Ua del puente rectificador para el control del otro transistor (11, 21, 31).

16. Módulo de control y de potencia según la reivindicación 14 o la 15 caracterizado por el hecho de que los drivers (10, 20, 30) reciben del circuito de gestión (2) una señal (ALG) de alimentación de las rejillas de los transistores (11, 12, 21, 22, 31, 32).

17. Módulo de control y de potencia según la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que la 15 señal (ALG) de alimentación es suministrada por una fuente auxiliar.

18. Módulo de control y de potencia según la reivindicación 16 o la 17, caracterizado por el hecho de que la tensión de la señal (ALG) suministrada por el circuito de gestión (2) es de 16 Voltios +/-1 Voltio.

19. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 18, caracterizado por el hecho de que los drivers (10, 20, 30) reciben del circuito de gestión (2) una señal (SC) representativa 20 de las informaciones suministradas por unos sensores de posición del rotor del alternador-motor de arranque para indicar la posición del rotor que comprende al alternador motor de arranque.

20. Módulo de control y de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 18, caracterizado por el hecho de que los drivers (10, 20, 30) reciben del circuito de gestión (2) una señal (VA, VD) de validación del modo de funcionamiento del alternador-motor de arranque en modo alternador o en modo 25 motor de arranque.

21. Módulo de control y de potencia según la reivindicación 14, caracterizado por el hecho de que los drivers (10, 20, 30) comprenden un circuito lógico (13) y unas fuentes de corriente (S11, S12) para controlar las rejillas de los transistores de potencia en función de las señales recibidas en las entradas del driver. 30