CN100347948C - 集成的交流－起动器控制和功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的交流发电机-起动器的控制和功率模块(100)，连接在交流发电机-起动器(3)、汽车布线网络(Ua)和汽车地线(GND)之间，它包括：一功率单元(1)，包括一多臂(B1-B3)晶体管桥，一控制单元(50)，用于比较交流发电机-起动器的相电压(φ)和一参考电压(Ua，GND)，并根据比较结果控制所述晶体管，其特征在于，控制单元(50)包括：功率单元(1)的晶体管桥的每一臂的一驱动器(10，20，30)，所述驱动器连接在各臂的晶体管附近，及用于控制所述驱动器的一控制电路(2)。

Description

集成的交流-起动器控制和功率模块

技术领域

本发明涉及一可逆式旋转电机，如交流发电机-起动器，所述电机尤其一方面用于为汽车的车上布线网络供电和为所述汽车电池充电，另一方面启动汽车的发动机。本发明尤其涉及用于操控所述电机的一控制和功率模块。

背景技术

在汽车里，交流发电机可把感应转子的旋转运动转变为定子线圈内的一感应电流，所述感应转子由汽车的热力发动机驱动。交流发动机还可为可逆式，构成一电动机或旋转电机，可通过转子轴驱动汽车热力发动机旋转。所述可逆式交流发电机称为交流-起动器或交流发电机-起动器。它可把机械能转化为电能，反之亦然。因此，一交流-起动器可启动汽车的热力发动机，或以电动机模式运行，驱动汽车。一般地，定子包括三个绕组，这样，交流发动机为三相式。作为变型，交流发动机为六相式，可绕在导电汇流条形成的蹄型上。当交流-起动器以起动器模式或以电动机模式运行时，它必须向热力发动机传送一很大的力矩。

因此，所述可逆式多相电机以交流发电机运行时，尤其可为汽车电池充电，以起动机模式运行时，可起动汽车的内燃机，即所谓热力发动机，起动汽车。

为此，连接在交流发电机的各感应相上的一功率单元，在电动机模式时可用作所述相的控制桥，交流发电机-起动器以交流发电机模式运行时，可用作整流桥。

图20示出了根据以前技术形成交流发电机-起动器的一旋转电机，如文件WO 01/69762中所描述的。

在所述图中，右边对应电机前部，左边对应电机的后部。形成交流发电机的所述旋转电机包括：

——一绕线型转子743，所述转子构成电感器，所述电感器传统上连接两集电环706、707及两电刷，通过所述电刷提供励磁电流；

——一多相定子503，所述定子支承多个线圈或绕组，所述线圈构成电枢507，在最常见的三相结构中，所述绕组呈星形或三角形连接，以交流发电机模式运行时，向整流桥传送已转换的电功率。

桥被连接到电枢的不同相，并安装在电池的地和供电端之间。例如，所述桥具有连接MOSFET型晶体管的二极管。

当所述交流发电机以电动机模式运行时，例如，可在电感线圈内产生一直流电，并把相偏移120°的信号同步传送到定子的各相上，所述信号理想为正弦的，但也可为梯形波或方形波。

交流发电机模式时的所述整流桥和电动机模式时的控制桥，由一控制单控制作。由整流及控制桥构成的功率单元及控制单元，形成安装在旋转电机外部的一控制和功率模块，它通过电连接装置连接到定子的相输出端子，以与所述电机相连。

另外，还可装配用于伺服转子的角位置的装置，以便在电动机模式时，可在适当时刻在定子的相应绕组内注入电流。

所述装置最好是磁性的，向控制单元传输信息，所述装置例如在文件FR-2 807 231及FR 2 806 223中有所描述。

因此，所述装置包括一定相靶750，所述靶在电机转子或皮带轮701上旋转、至少一霍耳效应型或磁阻式传感器752，所述传感器用于检测靶通过，最好是磁性的。

最好至少装配三个传感器752，所述传感器由旋转电机的一前轴承713或一后轴承504支承，以固定定子或维持转子的旋转。

传感器架753，此处为塑料材料的，示出轴向部分755。此处，所述部分755通过孔754穿过轴承504。所述传感器752相对于部分755固定，径向地安装在靶750和叶片505之间，非常靠近靶750。传感器架安装在固定螺栓757上。

传感器752的电连接器安装在传感器架753上，所述传感器架通过两凸耳756，固定在靶750、转子743相对侧的后轴承504底上。

电刷架716通过图中未标示出的螺栓和凸耳，固定在后轴承504底的同一面上。

已知电刷架716包括两个保持架，以导引电刷，所述电刷分别和支承在轴502后端的一集电环706、707协作。电刷承受放在保护机架内的弹簧的作用。

某些情况中，希望提高交流发电机-起动器的性能。因此，可过激励转子，以在启动时获得更大力矩。

所述过激励可通过相对于传统交流发电机的励磁线圈端子处的过电压、及/或励磁线圈内的过电流而实现。

这可通过一电压升压器实施，所述升压变压器只在起动模式时过激转子线圈。

此处，所述电机有一传统交流发电机结构，例如文件EP-A-0 515259中所描述的类型，详细参考所述文件。

极轮741、742穿有孔，以使轴502压力穿过。更详细地说，轴502比极轮741、742更硬，可把所述极轮通过其滚花部分固定住。

所述轴502延伸在转子743的两侧，和所述转子形成一组件。

极轮通过其轮盘，此处通过电焊接，分别固定住带叶片505的通风机515。

因此，所述电机为内通风型(空气冷却)，其转子的至少一轴向端上支承有一通风机515。作为变型，电机为水冷却式。

更确切地讲，转子为带极轮741、742的爪式转子743，所述极轮外边围有梯状、轴向齿。一极轮的齿朝向另一极轮的齿，一极轮和另一极轮的所述总体形状为梯形的齿交错分布。

当然，如文件FR-A-2 793 085中所描述的，永久磁铁可插在极轮齿之间，以增大磁场。

转子在其极轮盘之间支承有一励磁绕组。所述绕组包括一导电元件，所述元件外缠绕着螺旋线圈。所述绕组为励磁绕组，当所述绕组被起动时，它可磁化转子，以通过齿产生磁极。转子绕组的端部分别连接一集电环，所述集电环上摩擦接触有一电刷。电刷被连接电机后轴承的一电刷架支承着，所述后轴承中间支承有一滚珠轴承，所述滚珠轴承维持支承转子的轴后端的旋转。

轴前端被电机前轴承713支承的滚珠轴承711维持旋转。在电机外面，轴前端支承有一皮带轮701，所述皮带轮属于一运动传输装置，所述装置包括至少连接皮带轮的一皮带。运动传输装置连接皮带轮和一机件，如另一皮带轮，所述机件由汽车的内燃机驱动旋转。

另外，后罩511安装在后轴承504上，尤其可保护电刷架，这样，所述伺服装置受到更好的保护，也更容易安装。

当电机——此处为一交流发电机-起动器——以交流发电机模式运行时，即作为发电机，皮带轮701被汽车内燃机通过至少上述皮带驱动旋转。当电机以起动机模式运行时，即作为电动机时，皮带轮通过皮带驱动汽车发动机旋转。

穿有孔、以方便电机内部通风的前后轴承之间，例如通过固定螺栓527相连，属于被固定在汽车固定部分上的电机支架的一部分。所述支架把定子固定在其***上，所述定子通常由一铁皮壳体508构成，所述铁皮壳体上有槽，以安装线圈或更广泛地即定子绕组，如前所述，所述定子的输出连接整流桥。

定子线圈或绕组例如由文件WO92/06527中所述的汇流条式线或绕圈形成；汇流条可为矩形截面。

定子围绕转子，其电刷连接交流发电机的调节器，以使交流发电机的电压维持在所需电压水平上，如约14伏，而电池为12伏。

此处，控制和功率模块与调节器安装在放在旋转电机外面的一电机壳内。调节器还可安放在控制及动力模块内，所述模块放在外部。被转换装置支承的所述电机壳内包括功率断续器、一控制单元及一过激励电路。在起动机模式下，过激励电路被启动，以使交流发电机-起动器的起动力矩达到最大，更容易发动汽车的内燃机，或当冷发动时，或当例如遇红灯停车后重新发动时，发动机被中断，以减少燃料消耗，因此实现所谓《停车与行驶》功能。

所述过激励电路输入端处接收电池及/或交流发电机传输的汽车电路网络电压，向励磁线圈发送大于所述电路电压的一电压。

调节器可包括一些装置，当交流发电机-起动器通过相对于电池断电(本领域技术人员通常使用的英语词《load dump》)而与汽车电路网络切断时，所述装置可马上控制供电给励磁线圈的一功率转换器，以实现对交流发电机尤其对转子的去磁。

目前，一般实施一功率单元，在所述功率单元中，整流桥包括相连的功率晶体管，以形成一断续器桥，其中，同步控制晶体管和交流发电机的励磁绕组中的电流。但必须通过技术相对成熟的一电流探测控制单元如一微控制器，来控制晶体管，所述电流探测器检测交流发电机的电枢线圈中的电流方向、图像桥等。所述整流桥之一在专利申请FR-A-2 806 553中描述过。所述整流桥在图1中示出。它包括有至少两晶体管的三条桥臂B1、B2及B3，所述桥臂分别连接在交流-起动器的一相1、2、3、汽车布线网络Ua及地GND之间。各晶体管T1至T6由控制单元U1至U6控制。所述各控制单元U1至U6共同构成由断续器桥形成的功率单元的控制单元组。装配所述各控制单元可比较交流发电机的一相电压与一参考电压，并根据比较结果，控制整流桥的一晶体管。所述各控制单元包括不同于其它单元的装置，所述不同装置可采用不同于其它单元的方式，比较、补偿其参考电压的变化，这样，除和相电压有相同变化的或与其参考电压有相同变化的信号外，各单元无需其它任何信号。各控制单元U1至U6控制功率晶体管T1至T6。

所述控制单元和大部分目前已知的控制单元一样，必需数量众多的输入电子元件，因为它必需整流桥的晶体管式控制单元。

因此，用来实施功率单元的元件安放、连接在第一电卡上，形成功率级。

用来实施控制单元的元件安放、连接在第二电卡上。

形成控制和功率模块的两电卡由电线连接在一起。但所述两卡的电连接必需两级之间的大量引线连接。因此，控制和功率模块的体积相对庞大，这样必需将其放在另一壳体中，所述壳体不同于装交流-起动器的电机组件的壳体。

因此，和全都放在同一机壳内的传统交流发电机相反，交流-起动器必需有两壳体，即包括交流-起动器本身的一壳体及包括控制及功率模块的一壳体。因此，交流发电机-起动器必需的尺寸大于传统交流发电机。另外，对使用者而言，安装在车里时会出现别的困难，因为是汽车制造者把两壳体连接在一起。

发明内容

本发明的目的正是为了弥补前面所述技术的缺陷。为此，本发明提出了一小型化控制和功率模块，所述模块可安放在交流-起动器壳体中。所述模块包括一功率单元，在所述功率单元中，同一整流桥臂的晶体管，由装在晶体管附近的驱动器控制，及由可放在远离驱动器的一控制电路控制。

因此，本发明的优势在于：缩短了驱动器与功率单元之间的连接长度。所述连接中的某些可用来例如测量功率单元内的电压，用于测量的所述连接线的长度缩短，可消除可能影响太长连接的寄生干扰，从而保证所述测量的准确性。

本发明的控制单元的驱动器可同时控制多个晶体管，即整流桥同一臂的晶体管。因此，所述驱动器的优点在于：既具有大量功能，尺寸又很小。由于其相对较小的体积，它可安放在功率级上、邻近它所控制的功率单元晶体管。

更准确地讲，本发明涉及一汽车交流发电机-起动器的控制和功率模块，所述模块连接在交流发电机-起动器、车上布线网络和汽车地线之间，它包括：

——一功率单元，包括一多臂晶体管桥，

——一控制单元，比较交流发电机-起动器的相电压和一参考电压，并根据比较结果控制所述晶体管，

其特征在于，控制单元包括：

——功率单元的晶体管桥的每一臂的一驱动器，所述驱动器连接在功率单元臂的晶体管附近，及

——用于控制驱动器的一控制电路。

附图简要说明

图1已描述过，为根据以前技术的一控制和功率模块简图，

图2示出了根据本发明的一控制和功率模块，

图3示出了本发明的控制和功率模块的不同连接，

图4示出了一驱动器与它所控制的功率单元晶体管之间的电连接，

图5示出了把本发明的控制和功率模块安装在交流发电机-起动器壳体后部的一种实施方式方式，

图6示出了根据本发明的一功率模块实施方式的立视图，

图7为沿图6中线A-A的一剖面图，

图8为根据另一实施方式的功率模块的实施剖面图，

图9至11示出了对应图6至8中实施方式的一地线连接方式，

图12为本发明的另一实施方式，

图13为包括根据本发明的功率电子模块的一后轴承剖面图，

图14示出了图13中所用的一通风机实施例。

图15、16、17示出了罩处实施的电子模块输出端的连接方式。

图18、19示出了电机罩的后轴向视图。

图20为根据以前技术的交流发电机-起动器。

图21、22示出了图7和12中所示模块的一实施例。

图23为图12的一剖面图。

具体实施方式

各图中相同、相似部件均用相同标号表示。汽车电路网络电压Ua也可称为B+。

图2示出了本发明的控制和功率模块100，所述模块连接交流-起动器。更准确地讲，所述图2示出了一三相交流-起动器，所述三相分别为1、2、3，它们分别连接功率单元1的一臂B1、B2和B3。构成功率单元1的整流或控制桥的所述三臂相同。因此，下文只详细说明臂B1。

整流桥1的臂B1包括两断续器11和12，在本发明中，所述断续器为功率晶体管。晶体管11为臂B1的《高》晶体管。它连接在交流-起动器的相1与汽车电路网络电源Ua之间。晶体管12为臂B1的《低》晶体管。它连接在交流-起动器的相1与地线GND之间。

控制和功率模块包括一控制单元50，所述控制单元一方面包括驱动器10、20、30，另一方面，包括驱动器10、20、30的一控制电路2，所述驱动器分别控制同一臂的功率晶体管，有利地是，所述晶体管把交流-起动器的相1、2、3电势与整流桥接地电势进行比较，以控制晶体管12，与整流桥的输出端电势Ua进行比较，以控制晶体管11，

整流桥臂及控制它们的驱动器形成本发明的模块的第一级100b。控制电路2形成第二级100a。

驱动器10输出端连接两晶体管11、12的栅极。所述驱动器10输入端又连接控制电路2。

各驱动器10、20、30由同一控制电路2控制。为此，各驱动器输入端处接收来自控制电路2的不同信号。图3中示出了所述信号。

所述信号分两类分布：

——专用于驱动器左边的信号：所述信号来自控制电路；及

——专用于驱动器右边的信号：所述信号为来自或发送到功率单元的信号，即发送到驱动器控制的各晶体管。

从控制电路接收到的信号之一是升压信号，标为ALG，为晶体管11、12栅极的辅助电源提供的供电电压。驱动器还从控制电路接收到传感器信号SC，所述信号为交流-起动器的转子位置传感器提供的信息，指示出旋转电机转子的位置。控制电路还向驱动器提供起动机模式启动信息VD及交流发电机模式启动信息VA。所述后两类信息可使驱动器了解交流-起动器在某一确定时刻应该以交流发电机还是以起动机方式工作。

在所述图3中，还示出了传送给功率单元即整流桥晶体管11、12或从其接收到的信号。驱动器接收交流-起动器的供电电压，即汽车电路网络的电源电压。它还接收到信息MUa，所述信息为所述线电压Ua的测量输入端。驱动器输出端处提供信息GHS，所述信号为功率晶体管11栅极的控制信号。驱动器还接收来自交流-起动器的相输入端PH，及相输入端的电压测量MPH。驱动器还在输出端处提供功率晶体管12栅极的控制信号GLS。最后，驱动器接收地线GND的电压，及地线电压测量MGND。

在图4中，示出了本发明的控制和功率模块100的驱动器10、20、30，及其不同元件、不同连接。在所述图4中，交流-起动器3向低晶体管12、高晶体管11及驱动器输入端PH提供相信号1。还在驱动器10的输入提供相测量MPH。

在所述图4中，测量输入端MPH、MGND及MUA在驱动器左侧，主要为简化图示。事实上，如图3所示，所述三输入端在驱动器右侧，即在功率单元那边。

晶体管12连接地线GND及驱动器输入端MGND。晶体管11连接电压线Ua及驱动器输入端MUa。

两比较器C11、C12分别连接在驱动器输入端MUa和MPH之间、输入端MPH、MGND之间。比较器C11的输出信号提供相值MPH和参考电压值MUa之间的一比较值。比较器C12提供相值MPH和地线值MGND之间的一比较值。所述比较值再由一逻辑电路13作数字处理，以决定晶体管11的栅极及/或晶体管12的栅极应该充电还是应该放电。各功率晶体管11、12的栅极G11、G12由电源，分别为S11和S12，充电和放电。电流源S11，例如，根据晶体管SHC和SHD实施。电流源S12，例如，根据晶体管SLC和SLD实施。因此，各晶体管构成一电流源。

输入端ALG为控制电路2输送的一高电位，以通过电流源S11、S12，正确地为功率晶体管11、12的栅极充电。所述电位ALG例如可为：ALG＝Ua+16伏。

图4中的驱动器运行如下：起动机模式时，在作为同步机运转的交流-起动器转子上的位置传感器，确定转子的位置。传感器信号传输给控制电路2，所述控制电路处理所述信号后，把信号施加驱动器输入端SC处。晶体管11、12的栅极G11、G12根据输入端SC接收到的信号，通过逻辑电路13和电流源S11、S12被控制。

交流发电机模式时，功率晶体管11、12以同步整流方式工作，即比较器C11、C12检测相对于输入端MGND的接地电位和输入端MUa的输出电位的输入端MPH的相电平。所述比较的结果通过逻辑电路13和电流源S11、S12施加在栅极G11、G12上。

交流发电机或起动机模式的选择，在驱动器上由各逻辑输入端VA和VD决定。例如，选择交流发电机模式时，输入端VA接收到逻辑信号1，输入端VD接收到信号0。选择起动机模式时反之，逻辑电平1例如为5伏的电压，逻辑电平0为0电压。

相、电位及地线的测量输入端MPH、MUa、MGND可避免在连接PH、Ua和GND中流动的电流产生的干扰效应。所述干扰，例如可能由于元件之间或电卡基板上的连接电阻引起。

各驱动器在需测量电位PH、VA、GND附近，测量输入端MPH、MVA和MGND使用长度缩短了的连接，这同时也降低了所述输入端相对于干扰的敏感性，所述干扰可能通过所述连接传送，这更证明了本发明提出的结构的优势。

相反，控制电路2可远离驱动器，因为和测量输入端(MPH、MVA、MGND)相反，它只传输极少电位(电源ALG，逻辑电平VA、VD、SC)。

晶体管11、12的栅极所需电位应必须大于交流-起动器的输出电位Ua。为此，控制电路向端子ALG传送一电压Ua+16伏，+/-1可传输给晶体管11、12的栅极G11、G12。如果端子ALG上的电压不够，则功率晶体管11、12打开。

现描述本发明的控制和功率模块100的运行。静止模式即停车、点火钥匙断开(即未在点火开关锁里旋拧)，则晶体管11打开，而晶体管12闭合。当逻辑输入端VD、VA两者全为零电平时，即可获得所述条件。当汽车发动机中止、点火开关断开时，控制电路2未启动，不能把电压Ua+16伏输送到驱动器输入端ALG上。因此，晶体管12的栅极G12上实施最小值为Ua-1伏的一电压。

换言之，当点火钥匙断开、VD和VA为0电平时，则晶体管11的栅极电压小于或等于0.2伏，晶体管12的栅极电压大于Ua-1伏。换而言之，晶体管12闭合，而晶体管11断开，这使定子电压等于接地电压。

在这些条件下，驱动器消耗的电流在25℃时小于10微安培。

停车、在点火开关锁内旋转点火钥匙时(即点火钥匙闭合)，则启动控制电路2。所述控制电路因而被激活，可向驱动器输入端ALG上输送电压Ua+16伏。在所述条件下，晶体管12的栅极G12的电压等于15+/-1伏。即当点火钥匙闭合、VD和VA为0时，则晶体管11的栅极电压仍小于或等于0.2伏，晶体管12的栅极电压等于15+/-1伏。

起动机模式下，启动输入端VD和VA并不都为0。起动机模式也需要传感器信号SC。因此，起动机模式时，整流桥作为逆变器运行。整流桥的各臂与施加在相应驱动器上的传感器信号SC同步。当VD等于1、输入端VA为0时，即为逆变器式运行模式。

因此，如果SC＝0，VA＝0，VD＝1，则晶体管11的栅极电压G11小于0.2伏，晶体管12的栅极G12的电压等于15+/-1伏。相反，如果SC＝1，VA＝0，VD＝1，则晶体管11的栅极电压G11等于15+/-1伏，晶体管12的栅极G12的电压小于0.2伏。则控制和功率电路100以逆变器方式运转，根据控制电路2处理后的、由位置传感器传送的信号SC1、SC2和SC3，施加在相Ph1、Ph2和Ph3上的电压与转子位置相关连。

交流发电机模式下，整流桥以同步整流方式运行。当启动输入端VA为1而输入端VD为0时，可激活所述功能。此时，驱动器的比较器C11、C12，一方面比较相电压PH和电压Ua，另一方面比较相电压PH和接地电压GND。比较结果可决定打开及/或闭合晶体管11、12，与在交流发电机-起动器的电枢内流动的电流同步。晶体管11、12栅极上的结果如下：

——如果PH＞Ua，VD＝0，VA＝1，则晶体管11的栅极电压G11等于15+/-1伏，晶体管12的栅极G12的电压小于0.2伏，因此：晶体管11闭合，晶体管12打开。

——如果Ua＞PH＞GND，VD＝0，VA＝1，则晶体管11的栅极电压G11小于0.2伏，晶体管12的栅极G11的电压小于0.2伏，因此：晶体管11和12都闭合。

——如果GND＞PH，VD＝0，VA＝1，则晶体管11的栅极电压G11小于0.2伏，晶体管12的栅极G12的电压等于15+/-1伏，因此：晶体管12闭合，晶体管11打开。

传统整流模式下，为消除同步整流，控制电路2可控制整流桥的所有功率晶体管11、12、21、22、31和32的打开。当两输入端VD和VA都为逻辑级1时，可获得所述运行模式。整流则由根据MOS晶体管技术的二极管实施。

此时，当VD＝1，VA＝1，则晶体管11的栅极电压G11和晶体管12的栅极电压G12都小于0.2伏。

功率晶体管11、12的栅极电压由恒电流源控制，由于简化测量考虑，图中未示出所述电流源。闭合控制由例如100毫安培的栅极充电电流实施，打开控制由例如400毫安培的栅极放电电流实施。

在图5中，示出了把本发明的控制和功率模块安装在交流-起动器后部的一实施例。事实上，只使用唯一一个驱动器控制整流桥同臂的两晶体管，可减少控制电路2连接的数量。

尤其，驱动器可这样实施，一方面，它只包括朝功率单元的引线连接，另一方面，它只包括朝控制电路2的引线连接。采用这种方式，驱动器可很容易连接到它所控制的功率晶体管附近。此外，在所述实施例中，驱动器和控制电路2之间只需要四条连接，另外，所述四条连接中的三条还与其它驱动器共有。因此，很容易把控制电路2和驱动器分开。因此，来自所述分离的控制电路2的尺寸极小。因此，控制电路2可安放在汽车的另一设备中。

在图5所示实施例中，控制和功率模块100安放在交流-起动器后部。在图5中，可看到交流-起动器后面，及其相输出端和其转子。在所述图5中，各驱动器在它所控制的功率晶体管附近，整个组件位于交流-起动器的一相输出端处。例如，驱动器10可正好连接在整流桥臂B1的晶体管11、12侧，晶体管和驱动器组件在交流-起动器的相1输出端附近。同样，驱动器20和整流桥臂B2的晶体管21、22在相2输出端侧，驱动器30和整流桥臂B3的晶体管31、32在相3输出端侧。

在图5所示实施例中，整流桥的各臂包括多个高晶体管和多个低晶体管。事实上，如传统结构一样，多个晶体管(通常为2至4)并联，以形成一功率更强大的晶体管。无论只有一个功率晶体管还是有多个并联功率晶体管，其运行和刚描述的都相同。

支承旋转电机转子的轴4的端部(图5中用一圆表示)，包括可向控制电路2提供转子位置信息的位置传感器5。所述转子位置信息经控制电路2处理后，再传输给驱动器10、20、30的输入端SC。

有利地是，控制电路2和不同驱动器之间实施的引线连接形成绕支承转子的轴4的一圆弧。

在图5所示实施方式中，控制和功率模块100安放在交流-起动器壳体内。所述组件还可安放在汽车的另一设备中，如电池充电控制机壳内。

还可只把功率单元及其各驱动器10、20、30集成在一起，而把控制电路2放在交流-起动器的机壳外。例如，控制电路2可放在蓄电池壳体里、或电池控制机壳内，或管理耗费部件的壳体中(bodycontroler)。

在另一实施方式中，控制和功率模块100放在交流-起动器外的一独立壳体中，但所述壳体与以前技术中的更小型。

图6示出了根据本发明的控制和功率模块100的第一级100b的一实施例。如前所述，所述第一级包括分别对应定子一相的各整流桥臂的一控制及测量驱动器10与两功率晶体管。因此，它不仅有第一整流或控制桥臂，还有驱动器10及前面所述的两功率晶体管11和12。

根据本发明，有利地是，所述第一控制和功率级实施在一独立壳体中。三个桥臂都相同，因此各桥臂可用一相同的功率箱。

如图6所示——图中示出了控制和功率模块第一级的立视图，功率电子元件11、12安放在金属迹104上。

有利地是，所用技术即所谓芯片或裸芯片转移技术，其中，无防护壳体的元件直接固定在支架上。事实上，安放在汽车发动机罩下的所述电子壳体会受到很强的热应力，必须避免使用装在塑料壳体中的元件。有利地是，因此，最好使用带金属壳体的元件，或根据所述芯片转移技术安装的元件，在所述技术中，元件安放在金属迹上。所有金属迹形成的网构成所谓引线框。

要控制起动机模式时电机线圈的各相，须注入极强电流。当装置在传统的约12伏的汽车电路网络电压下运行时，所述电流可达约1000安的一值。因此，低晶体管11和高晶体管12可由至少两个功率晶体管并联——分别为11a、11b和12a、12b，而形成。

有利地是，功率模块100b包括一热敏电阻102(温度传感器)，可由连接TH1、TH2到达。

驱动器10承受的温度明显低于功率晶体管处的温度。对前面所述的功能，如构成控制或测量信号ALG、SC、VD、GLS、GHS、TH......的金属迹也是一样。

交流发电机-起动机控制需要极强的电流，本领域技术人员若想实施体积小、可使模块内的电流、温度平衡分布，会出现相当多的设计问题。

因此，根据本发明，对应桥臂的各模块分别连接各相，独立运行，没有来自其它模块的电流穿过。因此，有输出Ua的金属迹只在唯一地点连接聚集来自所有模块的电流的一功率导体。因此，所述各模块独立工作，没有其它模块的电流干扰或通过。另一方面，有利地是，功率晶体管11a和12a相对于相1输入端完全对称地装配在金属迹上。因此，电流完全平衡分布。高功率晶体管12a和12b也一样，出于相同原因，所述晶体管也尽可能对称地装配在金属迹上。这对功率晶体管内电流平衡分布相当重要，所述晶体管必须和相同电流平行运行。因此，要使根据本发明的功率模块内的电流相当平衡分布，及和图6中所示一样，低、高功率晶体管彼此间大致垂直放置。另外，所述构型的优点在于：通过引线接合法实施所有引线连接，而任何信号或功率迹上无需任何覆层。因此，所有引线连接借助短长度的导体101实施，其优势在于：获得的模块可靠、抵抗力力，尤其可抗震。事实上，汽车环境是非常动荡的，接合式连接线会受到极强震动，可能导致引线连接断裂，使交流发电机-起动机***出现故障。最大限度地缩短所述引线连接的长度，可增大其谐振频率，使其对功率模块受到的震动不敏感。

如前所述，本发明的一个目的在于：操控小型交流发电机-起动器，所述机组冷却能力强，同时随时间的运行相当可靠。

为实施可使高至约1000安培的电流流动的所述功率模块，当前的技术水平提出了几种解决方法。

功率模块可根据已知DBC(即《Direct Bounded Copper》)型基板技术实施，所述技术包括三层。第一层由形成电路连接的蚀刻金属迹形成，第二中间层为一绝缘材料板如陶瓷、氧化铝，第三层为由铜或镍铜构成的一金属板。因此形成铜-铝-铜夹层结构。

由DBC型基板和钎焊或粘贴的功率电子件构成的组件又钎焊在一铜板上，所述铜板形成机械支架和散热器。在所述技术中，铜迹的厚度很薄，因此，强电流可穿透。必须大量增加迹的表面，这极大增大了功率模块的尺寸。另外，所述技术不适用于需强电流的应用领域内，因为铜的薄厚度提供的热容量不够。另一方面，非常难实施特殊的形状，如圆形，所述形状适合安放在如旋转电机后部的应用中，因为铝很脆弱。另一方面，铝的抗震性差，比如当汽车的发动机块内出现震动时。

基板还可为SMI(Substrat Métallique Isolé)型。此时，陶瓷板被一树脂板代替，所述树脂板可支承由一非常细的铜金属迹构成的第一层。此时，第三散热层可由铝或铜金属板形成。

当所用基板为DBC型基板时，功率模块非常结实，可承受大功率，但成本高。为SMI型基板时，切割金属迹可能更复杂，但其上可安装更多电子件，模块的耐强功率和环境应力的能力却差。但可在SMI技术中添加一辅助铜界面，所述界面安插在芯片和细金属铜迹之间，散热性能更好。但所述方法不仅实施复杂，而且从成本上看也不令人满意。

在两种情况中，功率电子件和功率模块的外冷却装置之间的热路径很长，因为它必须至少穿过所述两种技术中包括的多层基板。

本发明的目的在于弥补传统功率模块的不足，因而提出一种功率模块，所述模块不仅成本很低，而且其结构借助外冷却装置和需穿过的数量很少的热界面，可有效冷却。

因此，如图7所示，功率模块包括功率金属迹104，所述金属迹可接收例如连接电机定子线圈的相输出端的功率元件11a和11b。所述相同金属迹还可支承一热敏电阻102，以测量模块的温度。所述功率模块和前面所述的一样，可包括其它功率金属迹104。因此，如图7所示，在本实施例中，另一功率金属迹支承连接在输出端+Ua处的功率元件12。

有利地是，所述金属迹由同一导电金属板实施而成，在所述板中，金属迹例如采用冲压法实施而成。有利地是，为获得根据本发明的一小型模块，根据金属板实施的金属迹最好为铜，很厚，可方便强电流穿过。因此，所述金属迹的厚度可介于0.6毫米和2毫米之间。前面所述的常用技术却无法在基板内获得这样厚度的迹。事实上，实施迹的常用厚度几乎不超过400μm。显然，不必考虑用传统蚀刻法实施所述厚度的迹。

为保证迹之间准确安放，金属桥可在冲压时实施。当然，所述金属桥可在制作结束时实施的deshuntage操作中消除。

有利地是，为简化所述功率模块的实施，例如用于控制信号的低功率金属迹，还可根据所述大厚度金属板实施，其位置还可由金属桥实施。所述所有金属迹构成一引线框。

为获得具有良好机械粘聚力的引线框，必须为其装上一装置，以形成一支架。另外，所述支架必须可有效地排散强电流通过时产生的热量。因此，根据本发明，可在金属迹之间的空余空间内喷射树脂107。所述方法容易实施，只需把引线框放在构成模块的两板之间以喷射。因此，树脂喷射后，金属迹之间的所有缝隙都被树脂填满。deshuntage操作可在所述操作后实施。

有利地是，所述树脂为热塑性树脂，如PPS(polysulfure dephénylène)或PA 6.6(polyamide 6.6)，或PBT(polybutylènetéréphtalate)。此处，PPS的优点在于不易燃(UL94V0标准)。

为增加引线框形成的支架和树脂的机械粘聚力，模块可包括凹槽，以使树脂覆盖住金属迹上的一很小部分140，如图8所示。同样，金属迹边缘可有特殊形状，如斜棱141，以保证更好粘附住树脂。

Deshuntage后，元件、尤其是功率元件，可固定在金属迹上，例如通过激光或熔炉加热技术的钎焊法(对流或红外线)。所述钎焊可实现元件和金属迹之间的电、热触点。

因此，根据本发明，及如图8所示，可获得一功率电子模块，所述模块中，尤其支承功率元件117的金属迹可从外面、通过相对面114通到，所述面114和支承所述元件的面相对。

实施根据本发明的功率模块支架，可至少部分地通到功率金属迹的顶面、底面上，顶面用于接收功率电子件，底面114与冷却装置如图7所示的散热器113协作。有利地是，金属迹底面的外通部分与它们的相对顶面上支承的功率元件成直角，以有效冷却所述功率元件。

为保证所述面114和散热器113顶面115之间的良好热接触，有利地是，可装配一导热但不导电的弹性件108，以一方面排热，另一方面使金属迹之间相互绝缘。所述弹性件例如可为一浸有环氧树脂或聚合物(TVI)的玻璃纤维，或状态变化式导热热塑性树脂。有两粘贴面或一导电胶108的不导电但导热的材料也适合，所述胶面包括形成隔垫的玻璃球。状态变化式树脂的好处在于：在热作用下可流动。因此，如果功率模块的散热器或底面不太平，则所述状态变化式树脂可填平所述不平处。有利地是，连通外部的模块输出端处的金属迹有一朝模块上部的肘弯118，以使其远离散热器113的顶面115。

对应各桥臂的所述模块可大规模生产。此时，它必须具有相当强的机械粘聚力，同时保留其散热能力。因此，如图7所示，可在所述功率模块下方安放形成接地电位底座的一金属板109。所述底座支承在一绝缘带110下，有利地是，所述绝缘带是采用复制模浇铸法实施而成。出于机械性能原因，有利地是，所述绝缘带采用PPS实施。一罩固定在所述皮带上，出于同样原因也是用PPS实施的。

所述罩例如通过螺钉119固定，所述螺钉穿带110中。在其它实施方式中，所述罩例如通过粘贴、或通过焊接如超声波的焊接装置或摩擦固定。

在功率模块内，在功率模块罩105下，可放上一填充材料120，以填满电子元件周围、如引线连接式的线连接之间的空余空间。所述填充材料120除其密封功能外，其优点还在于：加强金属迹形成的支架的机械粘聚力和环绕它们的树脂。

在图7所示实施方式中，一不导电但导热的绝缘体安放在金属底座109和金属迹底面114之间。如前面参照图8所述的，所述导热绝缘体108可为TVI或一状态变化式导热热塑性树脂。有利地是，所述绝缘体的两面，一方面粘贴在金属迹侧，另一方面粘贴在金属底座109侧。因此，所述底座可有效保护金属迹，因此，获得的模块具有良好机械粘聚力、容易控制。

所述底座109采用导热材料实施，为与需冷却金属迹的底面114接触的散热件的一部分。

如图7所示，有利地是，来自防护罩105材料的一销106抵靠在至少一金属迹上。当填充材料120插在电子元件上方时，则填充材料环绕在所述销周围。

所述销，一方面可保证硬模块形成法形成的所述功率模块组件的良好机械粘聚力，另一方面，当把罩例如通过旋拧方式固定住时，抵压在金属迹上的所述销，使功率模块的金属底座的底面122略凸起121。

因此，根据本发明，功率模块的顶面122的所述凸起还有助于把热疏导到散热器。事实上，当功率模块例如采用旋拧法固定在螺孔111处的散热器113上时，则在旋拧压力下的凸起可使功率模块很好地平贴在散热器113上，这样，事实上可保证底座109和散热器113之间的良好电接触。根据一实施方式、穿过底座里的孔112的螺孔111，还可采用复制模浇铸法实施其PPS顶部，以抵抗住旋拧力。

作为变型，导热材料如TVI，可放在散热器和功率模块之间。此时，地线插头可由一电子连接装置如端子实施，连接凹槽112处的底座109和连接器罩，所述装置例如穿过罩的孔606。当然，所述凸起和散热器113电绝缘。

作为变型，所述销106可被一壁或铸模带110时在部分迹上浇铸成的小墙部分来代替。当然，所述小墙的高度，可使固定罩105时，在所述小墙上实施一足够压力，以使底座109略凸起。

功率元件11a、11b连接在地线和定子线圈的相输出端之间。起动机模式时，它们传输极强电流。接地连接必须尽可能短，以限制发热。例如，一种解决办法即把地线接头连接到带110里，向所述接头实施引线连接。但所述线的长度要足够长。

如图7中的另一种解决办法在于从形成底座的金属板109直接通到地线。

根据图9、10所示的第一种实施方式，凸起123实施在底座上。所述凸起可接收连接线126，以形成功率电路。有利地是，所述连接为引线连接型。在金属迹处实施树脂模时，显然，必须设置没有树脂的凹槽124，以使接头或凸起123穿过向上。同样，有利地是，绝缘体108如前述TVI，可预切割好，以可安放在接头123周围。这种构型的好处在于连接线的长度短。

作为变型，及如图11所示，树脂107和绝缘体108中开有口，以直接到达构成一接地块的金属底座109。所述方法不需要凸起123。

图12示出了交流发电机-起动器功率模块250的一实施方式，所述模块包括交流发电机-起动器的整流及控制电路的三桥臂的所有功率电子件。因此，标号200表示功率组件。所述组件对应一桥臂的功率电子件，所述桥臂对应电机定子线圈的相输出端。所述各组件的引线框例如如图6中所示那样。

所述实施方式的好处在于：一方面减少了安放在冷却装置上的部件数量，另一方面减少了装配废品。

有利地是，所述各组件由隔板201隔开。有利地是，所述隔板201及边带110是在复制模型时同时实施的。有利地是，所述隔板及所述带内封闭有引线连接接头202、203。如图7、12所示，朝模块上方的接头203分为地线接头203a、B+或Ua接头203b——Ua对应汽车电路网络电压、及弱功率信号接头203c。接头202朝向功率金属迹104和控制金属迹130。所述接头202通过引线连接型线连接与上述金属迹相连。为连接功率金属迹和相应接头202，需实施多个平行的线连接，以传输电流，而不会产生过多热量。

功率接头205直接连接定子线圈的相输出线。所述接头205在电机运行时会受到极大震荡。通过接头202连接接头205的线连接204和功率模块构成一热及机械去耦电路，所述去耦电路有助于增加功率模块的可靠性。

所述接头202通向上方，以可通到接头203处。有利地是，接头202、203直接从构成电子模块引线框的金属迹实施而成。所述金属迹很厚，接头203硬度很好，利于其安放，以例如利用包括金属迹的罩511实施外连接。

所述模块可直接固定在外散热器13上。

根据第一装配实施方式，例如可通过旋拧，把带110和隔板201固定在外散热器上。在所述各组件200的三个区域内，外散热器上设有一不导电的热界面。有利地是，所述界面108由包括玻璃珠的一胶形成，所述玻璃珠可作为隔垫，以保证散热器顶面和功率组件之间的厚度保持恒定。再在所述胶上放上由引线框形成的支架及对应所述各组件的热塑性树脂。显然，其它任何绝缘热界面如TVI或双面胶带也可以。根据本发明的一实施方式，所述支架对应图8中所述的，只除了它没有复制模浇铸而成的带110。在所述实施方式中，功率控制迹104通过热界面，直接接触冷却装置，由于需穿过的界面数量较少，这有助于散热。作为变型，还可考虑粘贴上图7或图8中描述的一组件。

有利地是，所述各组件在安装在外冷却装置上前，先经过了测试。

当组件固定在外冷却组件上时，金属迹104、130和内连接接头202之间实施线连接204。

在功率模块装配法的所述阶段，有利地是，所述各组件上覆盖有一凝胶120，所述凝胶可保证在潮湿和外部污染环境下芯片及连接的密封性。

最后，把罩105盖在带110的上部。在和接头203成直角处，罩有孔，以使所述接头203穿过所述罩，到达连接功率信号(相输出端，或汽车电路网络+Ua)或控制电路2控制信号的末端。

对应图2的所述设置在图23的剖面图中可看出。

如图12所示的功率模块250的形状为矩形。当然，所述模块可为一半圆弧形，例如适合放在旋转电机的后部。还可利用前面所述的功率引线框实施技术，实施所述圆形。

如图12所示，功率模块250可获得一绝缘地线，带110内的接头203a可通到所述绝缘地线。所述绝缘地块的好处尤其在于强电流转换时，所述强电流会干扰其它电子设备的绝缘地线。各桥臂可有一个或多个地线接头203a。有利地是，对B+的接头203b，只用唯一一地线接头203a，以使电流保持平衡。此时，两地线接头202a连接在复制模式带内，以尽可能近地连接晶体管，唯一的地线接头203a通向外面。

所述最佳装配方式——其中固定有预测试过的模块(桥臂)——的优点在于：和这种方法——其中，只一次就钎焊起形成三桥臂组件的所有芯片——相比，出现废品较少。

当散热器和后轴承电绝缘时，散热器构成一绝缘块，被直接或通过汽车底盘与电池块相连。在所述构型及第二实施方式中——所述实施方式在于把电子件安放在唯一的功率模块内，如图12所示，可取消地线接头202a和203a，被和图9至11中相似的地线连接代替，其中，可用散热器113的顶面代替底座109。

图13示出了一集成电子交流发电机-起动器后部的侧剖面图，所述后部包括根据本发明的一整流及控制电子装置。和所有已知交流-起动器一样，图13所示的交流-起动器包括固定在旋转轴502上的转子743。所述转子743***绕着定子503，装配有感应线圈507。定子503由后轴承504及前轴承(图中未示出)支承，所述前轴承通过滚珠506支撑旋转轴502。

如前所述，交流-起动器包括一MOS功率晶体管整流桥，所述整流桥连接所述功率晶体管的控制单元。所述整流桥及所述控制单元共同形成交流-起动器的功率电子件。所述功率电子件安装在前面所述的一个或多个功率模块100b上内的散热桥113上。

有利地是，包括控制电路2的模块100a又安装在所述散热器的顶面上，以获得更好的冷却效果。有利地是，所述控制电路2包括一控制电路，所述电路一方面可根据起动机功能重新启动、另一方面根据交流发电机功能，管理电压。所述控制电路还包括定子线圈的励磁级，所述线圈同样必需有效冷却。

根据本发明，为更好冷却实施为一个或多个模块的功率模块100b，轴向地朝所述散热桥113的电机后轴承的面，形成交流-起动器内的冷却流的纵向或径向通道壁。因此，所述通道的另一壁517由后轴承504的顶面形成。散热器113的底面包括形成通风管道517的翼片518。

防护罩511包括径向孔519，有利地是，所述孔在冷却流通道517的对面。这样，冷却流、尤其是空气，通过所述孔519流入交流-起动器后部，再在散热桥113下的通道内流动，因而冷却了功率电子模块100b及模块100a。支承叶片505、固定在旋转轴502或转子743上的通风机515，保证空气流入通道517内。

要使冷却更有效，有利地是，通风机515可由迭放的双通风机构成，其中，第一通风机的至少一叶片在至少第二通风机的至少两叶片之间，如图14所示。如图14中所示，根据本发明，通风机515包括至少两通风机515a和515b，后文将称为第一、第二通风机。第二通风机515b可例如采用已知方式如点焊或铆接法固定在图13中的转子743的极轮742的相关轴向端530上(前面)。

此处，通风机515a、515b为金属，经济点则可用铁皮。各通风机分别包括一大致圆形、平的凸缘515c，所述凸缘有一圆形中孔515d及一系列通风叶片，转子轴502可从所述孔中穿过，所述叶片相对于凸缘515c轴向突出，之间设有通风管道，在本实施例中，所述管道向外扩散。

第一通风机515a包括第一系列叶片，称为主叶片515e，而第二通风机515b包括第二系列叶片，称为次叶片515f。

因此，有利地是，所述通风机之一的至少两连续叶片插在另一通风机的至少一叶片之间。

主叶片515e在一实施方式中，比次叶片515f径向上更短。

叶片515e和515f在径向上长度、形状和径向尺寸大致相同，这样，除比其它叶片515e更短的两叶片515g外，所述叶片大致相同。

叶片515e、515f和515g设在相关凸缘515c的外边围上。

此处，主叶片515e和515g分别放在次叶片515f之间。

所述设置可增大通风机的功率，减少相对于叶片的冷却空气流脱开的危险。事实上，如果空气脱离开叶片515f，主叶片515e、515g可使空气重流回次叶片515f上。因此，各主叶片515e和515g安放即***通风管道515h里，所述通风管道设在两相邻次叶片515f之间，且从叶片的内边围至外边围，逐渐扩大。在所述实施例中，因此，至少有一主叶片插在两连续次叶片之间。

主叶片515e、515g与次叶片515f可从其相关金属凸缘开始切割、折叠而成，有利地是，其形状为人字形。

因此，扩散管道部分地受到其中一凸缘的外边围和叶片的限制。

主、次叶片径向上很长，因此，通风功能强大。有利地是，叶片515e、515f和515g径向上长度大于其轴向高度。

作为变型，叶片是平的，为径向，通风机为离心式。作为变型，叶片相对于一轴向及/或径向方向倾斜。作为变型，叶片轴向上的高度比其径向长度更大。

此处，凸缘515c的外边围上有倾斜部分，有利地是，所述倾斜部分可很经济地采用压制法切割而成，折叠后，形成凸缘515c平面外的此处人字形叶片。更准确地讲，叶片径向上截面形状为圆弧形。

主叶片515e的目的在于减少电机噪音，同时增大流量和功效。安装后可使主叶片压缩冷却流体，以使所述冷却流体接触到次叶片515f。因此，防止了空气的重新流动和旋涡，空气流动更呈层状，几乎没有摩擦和噪声。必要时，所述设置还可取消转子的前极轮支承的前通风机(图中未示出)，这样，作为变型，交流发电机有唯一一通风机。

当然，还可考虑次叶片515f和主叶片515e、515g的不同组合方式。因此，可在次叶片之间安放多个主叶片。安放在次叶片之间的主叶片数量可恒定，也或变化。此处，可在两相邻即连续次叶片之间安放一个主叶片。

还可考虑次叶片515f之间没有主叶片。

主、次叶片的分布根据需冷却电机确定，以实现有效的冷却效果，而使气动噪音降至最低。

主叶片515e可以一定角度有规律地或如图14中所示的、不规则地分布。作为变型，安装如图14的叶片515g那样的长度不同于其它叶片的叶片，即可实现所述不规则构型。

不规则构型可更进一步降低通风机运行时的噪音。次叶片515f也一样，它们也可如图13中所示的那样呈一定角度、不规则地分布。因此，可获得不规则叶片组，所述叶片组根据各通风机的部分分为两部分。

作为变型，热绝缘装置，如隔热覆层，可安插在第一、第二通风机的两凸缘515c之间，此时，第一通风机515a可为添加纤维加固了的塑料材料。叶片515e、515f和515g轴向地沿相同方向、沿垂直于凸缘515c的方向延伸。

作为变型，叶片可相对于相关凸缘的平面倾斜、内凹，如文件FR A 2 602 925中所描述的。

两凸缘515c之间有一角指引装置，以获得适当的角位置，因此，即使主叶片相对于次叶片的良好定向。为此，各凸缘515c的内边围上有一凹槽515k，此处，所述凹槽都相同。因此，例如只需通过基准尺把凹槽重叠起来，即可获得适合的角位置。再通过例如焊接或铆接把通风机组固定在一起，以形成一可操纵的、可运输的组件。

有利地是，第一凸缘有至少一槽，如虚线表示的孔或凹槽515m，所述槽可通过例如焊接或铆接把第二凸缘固定在电机转子上。最好设置多个孔或凹槽。

作为变型，各凸肩例如通过焊接固定在转子上。

可看出，此处，叶片515e、515f和515g的轴向高度都相同，即叶片的自由边缘在同一横向平面内。更准确地讲，叶片515e和515g的轴向高度小于叶片515f的高度，宽度差等于第一凸缘515c的厚度。

作为变型，叶片515e和515f的轴向高度可不相同，叶片515f例如相对于叶片515e和515g，轴向地突出延伸。这样，叶片的自由边缘并非全在同一平面内。

无论如何，可把盖515p固定在叶片515e、515f和515g的自由边缘上，或固定在离凸缘515c最远的自由边缘上，如文件FR A 2 811156中所述的、图14中虚线部分表示的。

作为变型，通风机之一的至少一叶片装配有翼片，所述翼片相对于文件FR A 2 811 156的图11至13中所述及所示的相关通风机凸缘平面，倾斜或垂直。根据本发明，通常可获得和前面所述文件FR A2 811 156中的两组不同尺寸的叶片式的相同构型，方式更简单、经济。例如，至少一通风机的至少有一叶片、最好多个叶片，可呈波浪形，或其轴向高度递减，或相对于所述文件中的图6、15和2中的径向方向倾斜、平的。

由于所述通风装置515，可降低荷载损耗及噪音，提高性能及空气流量，获得稳定的冷却流体流，因此，实现对控制及功率模块100a和100b的有效冷却。因此，可获得一通风装置，所述通风装置的叶片构型更复杂，而冷却能力增强，但成本相对较低，机械性能更优良。

详细描述参照2003年2月27日递交的专利申请FR 03 02425说明。

这样实施的散热桥113在后轴承504上方形成一夹层。

根据本发明，散热桥113的底面上包括冷却翼片518。所述冷却翼片安放在通道517里，保证冷却流沿所选路径流动，即使流体尽可能靠近旋转轴流入，以最佳地流过散热桥的底面。因此，有利地是，散热桥的底面在介于靠近轴的外边围和内周边之间的所述散热桥的整个径向距离上，被冷却。相邻翼片形成导引通道517内的冷却流体的径向管道。因此，所述管道包括由后轴承形成的一底面、和两相邻翼片相对的两侧边、及形成于两相邻翼片之间的散热桥的U形底。

有利地是，其底面113b上有翼片518、顶面113a上有控制和功率模块100a、100b的散热器113为一整体件。作为变型，支承功率模块100b的散热器113装配在翼片式装置上，因此形成一两部分式散热桥。

所述流体再从后轴承504中的入孔504a-504d中流出。所述入孔504a-504d最好和实施在交流发电机轴承内、如图20所示的孔相同。有利地是，翼片518沿流体流方向径向放置，所述流体流汇聚后流向后轴承504的中入孔504b和504c。

因此，空气(或其它任何冷却流)侧向地流入交流-起动器中，经过散热部件，流向后轴承504的中入孔504b和504c，即翼片518的整个长度上，然后通过轴承504的入孔504a和504d流出。因此，功率电子件100b在冷却散热桥113后，经翼片518，通过传导、对流方式被冷却。

另外，因为散热桥113和功率模块100b未贴靠在旋转轴上，有利地是，所述旋转轴502和散热桥113之间有一空间522，空气还可通过所述空间流动。所述空间522形成冷却流体流动的轴向管道。根据本发明的一实施方式，入孔523a和523b实施在防护罩511内。因而，空气通过所述入孔523a、523b流进交流-起动器里，再沿旋转轴502，通过空间522流动，最后到达散热桥113下的流动管道517，这有助于改善对散热器113的冷却。采用这种方式，功率电子件一方面可通过通道517侧向冷却，另一方面通过空间522冷却。空间522传送的所述辅助轴向空气流动，还可通过增大电机内的总空气流量，更有效地冷却交流发电机内部，如电刷架罩或感应线圈结。

交流-起动器后部的冷却流体流动路径在图13中用箭头F及虚线表示。

根据本发明的一最佳实施方式，偏导器524安放在后轴承504内的入孔504a、504d下方。所述偏导器524可使输入流体流远离输出流体流，以使从交流-起动器中流出的流体不会又马上流入通道17中。因此，可避免来自交流-起动器内的热流体重新大量循环。

所述偏导器524可固定在轴承504上，轴承入孔504a、504d附近。它们还可实施在防护罩511内，例如把防护罩端部抬升起，如图13所示。

在图13中所示的本发明的实施方式中，防护罩511盖住了交流-起动器的整个后部，即它遮盖了安装在散热桥113上的功率电子件100a、100b，及整个后轴承504。此时，防护罩511可包括入孔，所述入孔在后轴承的侧入孔下方，可使流体流到交流-起动器外。除或代替所述孔外，它还可包括偏导器524。所述偏导器可实施在罩内。

防护罩511还可遮盖安装在散热桥上的功率电子件及轴承504的上部，即它不覆盖有入孔504a、504d的轴承侧部。此时，偏导器可固定在轴承504上，或通过抬升罩端实施而成。

如图13所示，在所述叶片505的至少一部分的纵向端上，通风机515支承有盖515p。所述盖迫使空气流F通过通风机叶片505，因此，这有助于更有效地冷却定子线圈结507，及散热器支承的电子件。

有利地是，实施在后轴承504内的入孔504b、504d的外缘525，和叶片505的内缘大致成直角，以使整股冷却流F从通风机叶片505之间流过。因此，只有一残余流体穿过罩505p顶和后轴承504的轴向底面之间。

有利地是，入孔504b和504d靠近滚珠506槽，这样，它可被有效冷却，如果通风机由前面所述的两通风机迭放构成，尤其如此。

根据第一实施方式及如图13所示，散热器113和后轴承504电绝缘。因此，散热器113尤其构成控制电路2的电子模块100b内的功率电子件的一绝缘体。使散热器和后轴承绝缘，有助于改善电磁及热性能。

根据第一实施变型，散热桥113通过装配螺栓527，固定在后轴承504上，所述螺栓绝缘，有利地是，导热但不导电，因此构成相对于定子产生的热的隔热屏障。

有利地是，螺栓527和常把轴承504固定在定子503的磁电路508上的螺栓相同。绝缘垫片527b插在锁紧螺母527a和散热器113顶面113a之间。有一凸肩527b的隔垫527c插在散热器底面113b和后轴承504的外轴向面之间。

根据第二变型，散热器113利用螺钉528，以绝缘方式和后轴承504相连，所述螺钉头朝向轴承504的轴向底面那侧。在所述实施方式中，不导电的隔垫528a安放在散热器113的底面113b和后轴承504的轴向顶面之间。螺钉529抵靠在安放在后轴承504的轴向厚度内的凸肩式绝缘管上。

显然，也可考虑使用把其它把散热器固定在轴承上的装置。

显然，隔垫527c或528a可与散热器113或轴承504相连，以构成固定接头。此时，绝缘但导热装置如绝缘垫片必须安放在所述固定接头的端部。

因此，支承控制和功率电子件的散热器放在远离旋转电机后轴承的外轴向面处，以构成被空气冷却的一夹层，所述空气主要径向地流入所述夹层和后轴承的轴向顶面之间。

根据图7所描述的一实施方式，功率模块100b通过底座109和散热器顶面113a之间的直接电接触，与地线相连。

有利地是，通过固定装置529b如旋拧或焊接与散热器电相连的一地线电缆529，与汽车电池的负极端子相连，以构成一绝缘体。

如前所述，对应来自功率模块100b的控制或信号引线连接的接头203，轴向地朝向电连接末端的电机后部。有利地是，所述接头203通到塑料罩511，所述罩通过复制模方式，包括控制和功率金属迹。有利地是，罩盖住了所有金属迹，所述金属迹可实施功率模块和带控制电路2的功率模块100b之间的所有引线连接。因此，所述结构的优点在于：罩下不必实施线连接，这对节约成本相当重要。事实上，所有强、弱功率引线连接都在装配带有金属迹的罩处，一次焊接而成。取消罩下的所述引线连接可节约空间，因而缩短例如电机的轴向长度。

图15、16、17及17a描述了接头203和复制模式罩511内的金属迹之间的可能电连接装置。

如图15所示，接头203穿过实施在需连接迹600内的封闭或半封闭孔601。有利地是，接头203的端部从迹600的另一侧穿出，以通过一焊接装置固定住。标号602表示已实施的焊接。

有利地是，接头203的端部605和罩511的纵向顶缘有相同的轴向高度，最好尽可能低，以避免操控电机时损坏所述焊接。所述金属迹可从后罩511内的孔606通到。

接头203的形状适合其定位间隙。

图16示出了电连接的一实施变型，有利地是，所述电连接在功率接头203和其通过螺栓-螺母型螺旋装置相连的金属迹之间。显然，格洛型开槽垫片608安插在螺栓底面和金属迹外面之间，而接头103插在螺母和金属迹的底面之间。在所述实施方式中，有利地是，模块100b的罩105的部分611——所述部分包括一个或三个桥臂，接触到螺母607，以在旋拧结束时固定位它。

图17示出了如图15中所述的焊接法实施的一引线连接，所述引线连接有一漆、胶或硅型保护层，以避免盐雾或潮湿型化学侵蚀。也可对图15中所述的螺栓螺母装置实施所述保护。

图17a示出了用激光L型焊接法实施的一连接，其中，接头203未穿过金属迹。此时，迹203有一弯曲610，当罩511安装在电机后部时，所述弯曲可在应力作用下接触到金属迹600。所述实施方式的优点在于罩511完全密封。

图18示出了根据本发明的旋转电机一后罩的后视图。所述实施方式对应这种情况：形成夹层的散热器113与后轴承504电绝缘。因此，有利地是，罩511只有一个强功率金属迹600a，所述金属迹可在发动时输送约1000安培的电流。因此，所述金属迹600a，有利地是，包括电刷架的引线连接650B+，专用于连接到汽车电路网络的正极端子B+，因此，它可占据它所必需的整个空间，而无需另一金属迹600b，如图19所示，若夹层不绝缘时，所述金属迹是必需的。

如图18、19所示，因此，非常容易把中间靠旋转轴旋转的驱动器10、20、30与前面所述的控制电路2连接起来。因此，根据本发明，可获得一交流发电机-起动器型电机，所述电机的后轴承上，机械连接有其运行必需的所有功率、操作及控制电子件。显然，根据情况，电子功能可移到一外壳体里，这并未超出本发明的范围。如前所述的后轴承的结构，由于其夹层状(所述夹层被一辅助的径向、有利地是轴向流入的冷却流体冷却)，可相当有效地冷却其功率模块。由于功率电子模块根据图6至12实施，因而所述冷却更有效。把功率电子件集成为一个或多个模块(有利地是，所述模块通过罩内的复制模式迹连接)，可使交流发电机-起动器型电机的功率电子件及/或控制模块相当容易安装。另外，把金属迹集成在罩内，很容易把连接器603安放在罩内任何地方，以适应汽车构型。

图19构成罩511的第二实施变型，根据本发明，所述罩包括形成夹层的散热器的金属迹，所述夹层的电位和后轴承504的相同。此时，功率模块相对于散热器电绝缘。在所述实施方式中，形成前面所述的固定接头的隔垫527c或528a无需绝缘。因此，放在所述固定接头端部或夹层与后轴承之间的电绝缘垫片或管，可取消，因此，这使后轴承-夹层组件的机械硬度更大。

在所述实施方式中，除图18中所述部件外，罩还包括地线的功率迹600b。为连接到连接器630，两功率迹600a、600b在罩的区域652内部分交迭，有利地是，所述区域在此处更厚，以使两迹可在此处复制模型。在所述地方，迹的复制模，是为了保证电绝缘。为实施所述交迭，两迹中至少之一有一肘弯部分。

在所述实施方式中，有利地是，电刷架块的连接651也由地线迹600b实施而成。

如图18、19所示，还可装配一连接器653，所述连接器可通过例如Can、Lan、Lin、BSP型协议或一简单的线连接，使其和一外部电壳体连通。

有利地是，如图19所示，可装配通过罩511连通的过滤冷凝器653。焊接在功率迹和地线之间的所述冷凝器653，例如通过复制模法、卡夹、粘贴，构成罩的一整体部分。同样，可把冷凝器安放在罩的弱功率金属迹之间。

图21、22示出了一交流发电机的后轴承的两种实施方式，根据本发明，所述后轴承在其形成夹层的散热轴承113上，包括其控制及操作电子件。

在所述两图中，固定接头528a不电绝缘，这样，散热轴承113也不绝缘。因此，电子模块100b的地线连接到接头203a处。

图21对应分为三模块的功率电子件100b，所述各模块分别对应如图7所述的一桥臂，而图21对应如图13所述的唯一一模块式三桥臂。

在所述两图中，标号100a表示控制电路2的模块100a的安放位置，所述模块还包括连接接头203c。

如图21所示，如前所述，功率接头203a、203b，例如在罩511的金属迹处，只需一次焊接，而连接在一起。

例如，插在功率模块100b的槽111中的螺钉680确保把所述功率模块固定在散热器113上。

Claims (9)

1、一种用于汽车的多相交流发电机-起动器的控制和功率模块(100)，连接到交流发电机-起动器(3)的各相、汽车布线网络(Ua)和汽车地线(GND)，它包括：

——一功率单元(1)，包括一多臂(B1-B3)晶体管桥，

——一控制单元(50)，用于比较交流发电机-起动器(3)的相电压()和一参考电压，并根据比较结果控制所述晶体管，

其特征在于，所述控制单元(50)包括用于所述晶体管桥的每一臂的一驱动器(10，20，30)和一控制电路(2)，在同一臂上的所有晶体管由一个相应的驱动器操纵，所述驱动器位于所述臂的晶体管附近并由所述控制电路(2)控制。

2、按照权利要求1所述的控制和功率模块，其特征在于，所述驱动器(10，20，30)和功率单元(1)形成模块的第一级，控制电路(2)形成模块的第二级。

3、按照权利要求1所述的控制和功率模块，其特征在于，控制电路(2)远离所述驱动器。

4、按照权利要求1所述的控制和功率模块，其特征在于，驱动器在其第一侧包括到所述控制电路(2)的连接，在其第二侧包括到所述功率单元(1)的连接。

5、按照权利要求1至4中任一项所述的控制和功率模块，其特征在于，它被集成在交流发电机-起动器壳体内。

6、按照权利要求2所述的控制和功率模块，其特征在于，所述第一级被集成在交流发电机-起动器壳体内，所述第二级在交流发电机-起动器壳体外。

7、按照权利要求5所述的控制和功率模块，其特征在于，各臂及控制该臂的驱动器连接在交流发电机-起动器的相输出附近。

8、按照权利要求1所述的控制和功率模块，其特征在于，控制电路(2)的控制对于所有驱动器是共用的。

9、按照权利要求1所述的控制和功率模块，其特征在于，各晶体管是并联的晶体管组。

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