DE1191471C2 - Stromrichteranordnung aus halbleiterbauelementen fuer einen kollektorlosen generator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine tromrichteranordnung für einen kollektorlosen Geneator mit Halbleiterbauelementen aus Germanium oder iilizium mit flächenhaftem pn-übergang, die in ausnehmungen eines an der Stirnseite des Generators ngebrachten feststehenden Rahmens befestigt sind und ine Gleichrichterbrückenschaltung bilden, deren Vechselstromanschlüsse mit der Wechselstromwick

lung des Generators verbunden sind.

Eine solche Stromrichteranordnung ist bereits beschrieben worden (Zeitschrift »Der Elektromeister«. Heft 21. 1961. S. 1370 und 1371). Die Halbleiterbauelemente sitzen bei dieser Anordnung :n einem relativ viel Platz benötigenden Rahmen. Sie sind über Drähte zu einer Gleichrichterbrücke zusammengeschaltet und die Verbindung zwischen der Gleichrichterbrücke und dem Wechselstromgenerator wird ebenfalls über Drähte

ίο bewirkt. Ein Auswechseln einzelner Halbleiterbauelemente oder ein Auswechseln des ganzen Stromrichters ist daher relativ kompliziert

Es ist auch eine Stromrichteranordnung beschrieben worden, bei der die Gleichstromanschlüsse durch Teile

is des Rahmens gebildet werden, so daß auf der Gleichstromseite eine besondere Verdrahtung überflüssig ist (britische Patentschrift 840 306). Bei dieser Anordnung bildet der Rahmen auch einen Teil des Gehäuses der Halbleiterbauelemente. Die beidseitige Kontaktgabe erfolgt über eine Kontaktfeder innerhalb des Gehäuses, das als Stopfen ausgebildet und in Ausnehmungen eines Rahmens angeordnet ist. Ein Auswechseln der Halbleiterbauelemente ist hier nur unter großen Schwierigkeiten möglich. Ein Auswech-

sein des ganzen Stromrichters wird dadurch erschwert, daß die wechselspannungsseitigen Anschlüsse durch eine Verdrahtung hergestellt sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen wenig Raum beanspruchenden Stromrichter für einen Wechselstromgenerator zu schaffen, bei dem sowohl die einzelnen Elemente als auch die gesamte Anordnung mit wenig Aufwand austauschbar sind. Eine solche Ausbildung ist insbesondere für Wechsels.tromgeneratoren kleinerer Leistung vorteilhaft, die z. B. als Lichtmaschinen für Kraftfahrzeuge dienen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterbauelemente mit scheibenförmigem Gehäuse, das gegenüberliegende Kontaktflächen für die beiden

elektrischen Pole aufweist, verwendet sind und daß mit dem Rahmen ein zweiter Rahmen verbunden ist, der Gleichstromsammelschienen trägt und die Ausnehmungen für die Halbleiterbauelemente auf der an ihm anliegenden Seite des ersten Rahmens verschließt,

während die andere Seite der Ausnehmungen im ersten

Rahmen mit metallischen Ringsegmenten verschlossen sind, welche die Wechselstromanschlüsse bilden, und daß ferner die Gleichstromsammelschienen und die

. Halbleiterbauelemente durch Kontaktfedern verbunden sind.

Es ist zwar bereits eine Stromrichteranordnung bekanntgeworden, die einen Rahmen aufweist, in dem die Halbleiterbauelemente und ein Teil der elektrischen Anschlüsse zusammengefaßt sind (»ΑΕΙ Engineering«

S₅ Januar 1961, S. 29 ff.). Diese Stromrichteranordnung sitzt jedoch auf der Welle eine? Generators und rotien mit dieser. Außerdem werden bei dieser Anordnung auch keine Halbleiterbauelemente mit scheibenförmi gern Gehäuse verwendet.

Die in der obengenannten britischen Patentschrif 8 40 306 beschriebene Stromrichteranordnung weis zwar auch einen mit einem ersten Rahmen verbundener zweiten Rahmen auf. Dieser zweite Rahmen dien jedoch in gleicher Weise wie der erste Rahmen al:

Träger und Sammelschiene für die an ihm befestigter Halbleiterbauelemente. Beim Anmeldungsgegenstan« trägt dagegen der zweite Rahmen lediglich di< gegeneinander isolierten Gleichstromsammelschienei

und deckt die Ausnehmungen im ersten Rahmen ab.

Durch die deutsche Patentschrift 8 37 421 ist eine aus mehreren zwischen zwei Leisten eingespannten Trokkengleichrichterstapeln bestehende Gleichrichtereinheit bekanntgeworden, bei der die Kontaktgabe mittels mechanischen Drucks erfolgt In der deutschen Patentschrift 590984 sind Anordnungen von Trockengleichrichtern mit Druck- und Haltevorrichtungen in U- oder Doppel-T-Form beschrieben worden. Diesen Patentschriften ist nber weder das dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegende Problem zu entnehmen noch ist dort ein Weg gezeigt der zum Anmeldungsgegenstand führen könnte.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann der erste und der zweite Rahmen aus Isolierstoff bestehen, wobei der zweite Rahmen Ausnehmungen für die Sammelschienen aufweist Die Ringsegmente können als Kühlkörper ausgebildet sein. D/e Kontaktfedern können so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig als Kraftspeicher dienen, die die Druckkontaktverbindung zu den Sarnmelschienen und zu den Halbleiterbauelementen aufrechterhält. Die metallischen Ringsegmente können dabei mit Kühlfahnen ausgestattet sein. Vorteilhafterweise sind die Rahmen am Lagerschild der Maschine befestigt. Sie können jedoch auch an einem auf dem Lagerkörper des Lagerschildes innen an der Maschine fest oder drehbar und feststellbar angeordneten Träger befestigt sein. Der Träger kann dabei gleichzeitig Träger für SchleifbCrsten der elektrischen Maschine sein.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den F i g. 1 bis 11 näher erläutert. In einem Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 1 bis 3 ist ein Rahmen aus Isoliermaterial mit 1 bezeichnet. Dieser dient als Träger für sechs Halbleiterbauelemente 2 mit scheibenförmigem Gehäuse, aus denen z. B. eine mit der elektrischen Maschine zusammenwirkende Drehstrom-Gleichrichterbrückenschaltung gebildet ist. Dieser Rahmen ist jeweils für den Sitz je eines dieser Halbleiterbauelemente 2 mit einer Ausnehmung 3 versehen, die in Richtung auf die linke Seite des Rahmens 1 eine Durchgangsöffnung 4 mit einem k ineren Durchmesser als die Ausnehmung 3 aufweist, so daß ein Absatz 5 entsteht, auf dem .las Halbleiterbauelement 2 sich mit einer Randzone aufsetzen kann. Jedes der einzelnen Halbleiterbauelemente hat ein scheibenförmiges Gehäuse und weist an den gegenüberliegenden Oberflächen elektrische Pole 6 und 7 auf. Mit dem Rahmen 1 wirkt ein zweiter aus Isoliermaterial bestehender Rahmen 8 zusammen, der benachbart einer mittleren Zone 9 Aussparungen 10 bzw. 11 in axialer Richtung des Rahmens aufweist, in die jeweils eine Gleichstromsammelschiene 12, 13 hochkant eingesetzt werden kann. Jedes der Halbleiterbauelemente ist mit einer Kontaktfeder 14 kontaktiert. Diese stützt sich an einem Ende am Teil 9 des Rahmens ab, mit seinem bogenförmigen Teil an dem einen Pol des Halbleiterbauelementes 2 und greift mit seinem anderen Ende zwischen den Randteil 15 oder den Randteil 16 des Rahmens 8 und der Gleichstromsammelschiene 12 bzw. 13 ein. Die Kontaktfeder 14 preßt dabei das Halbleiterbauelement 2 an den Absatz 5 an. In der oberen Hälfte der Darstellung nach F ι g. 3 ist ein Teil des Rahmens 1 weggeschnitten und das jeweilige Halbleiterbauelement fortgelassen, so daß die Kontaktfedern, die in Fig.3 mit 14a, 14b bezeichnet sind, zu erkennen sind. Außerdem sind noch die Gleichstromsammelschienen 12, 13 zu erkennen, die mit den Kontaktfedern 14 zusammenarbeiten. Wenn in einer dreiphasigen Gleichrichterbrücke die Gleichstromsammelschienen 12,13 die Gleichstrompole bilden, so muß das eine der Halbleiterbauelemente mit seiner Anode S und das andere mit seiner Kathode an der Sammelschiene anliegen. Es ist zu erkennen, daß von den Halbleiterbauelementen 2, die an den Kontaktfedern 14a bzw. 14f> anliegen, das eine mit seiner Kathode an der Kontaktfeder 14a anliegen muß, das andere dagegen mit der Anode an der Kontaktfeder 14b. Die Buchstaben Gi, Gi bezeichnen in den Fig. 1 und 2 die Anschlußbolzen für die Gleichstrompole, die im Rahmen mit der entsprechenden Gleichstromsammelschiene 12 bzw. 13 elektrisch verbunden sind. Im oberen Teil der Fig.3 sind rechts oben rechteckförmige Schraubenkörper Gi > und Gi* am anderen Ende des Schaftes der Anschlußbolzen Gi bzw. Gi zu erkennen. Die Gleichstromsammelschiene 12 ist ein nicht geschlossener Ring, dessen Enden 13a, 13fc mit geringem gegenseitigen Abstand der einen Fläche des Schraubenkopfes Gi a des Anschlußbolzens Gi gegenüberliegen und an dieser festgeschweißt oder festgelötet sind.

Ein Rahmen nach den F i g. 1 bis 3, der aus dem Rahmen 1 und dem Rahmen 8 z. B. über ein Hohlniet 17 zusammengespannt ist, wird an einem Lagerschild einer elektrischen Maschine festgespannt wie es an Hand der F i g. 4 bis 6 erläutert werden soll, wobei Durchgangskanäle 17a des Hohlniets 7 unmittelbar zum Hindurchführen von Befestigungsschrauben 19a benutzt werden. In F i g. 6 ist ein teilweiser Schnitt des Maschinenteiles nach der Linie C-D der Fi g. 5 dargestellt, wobei der Einbau der m nicht geschnittener Darstellung wiedergegebenen Stromrichteranordnung gezeigt ist.

In Fig.4 ist das Lagerschild der elektrischen Maschine mit 18 bezeichnet. Dieses trägt über Zwischenlagen und Isolierteilen bzw. -scheiben gegen die Befestigungsbolzen elektrisch isolierte und mittels Schrauben 19 festgespannte Kühlkörper 20 mit Kühlfahnen 22 und Ringsegmenten 21 mit Gewindebohrungen 21a für die Schrauben 19a. An die Ringsegmente sind drei Wechselstromanschlüsse des Wechselstromgenerators angeschlossen. Die drei Ringsegmente 21 sind daher sinngemäß eiektrisch gegeneinander an dem Lagerschild 18 isoliert. Wird das Aggregat aus den Rahmen mit den eingesetzten Halbleiterbauelementen nach F i g. 1 mittels der Schrauben 19a an dem Lagerschild gemäß den entsprechenden Rissen der F1 g. 5 und 6 festgespannt, so werden unmittelbar die an der linken Stirnseite nach F i g. 1 hervortretenden Pole 50 der Halbleiterbauelemente 2 mit det. Ringsegmenten elektrisch verbunden. Auf der anderen Seite werden jeweils zwei Halbleiterbauelemente über ihre Kathode bzw. Anode mit der entsprechenden Phasenleitung der elektrischen Maschine R, S. Telektrisch verbunden. Wie 55 aus der Darstellung tu entnehmen ist, wird über der Kühlkörper 20 die von den Halbleiterbauelementer erzeugte Verlustwärme an die Umgebung abgeführt Eine wirkungsvolle Abführung der Verlustwärme wire dann erreicht, wenn das Lagerschild derart an di< ₍₎₀ Maschine angebaut ist, daß die Kühllfahnen 22 voi einem durch die elektrische Maschine gesaugtei Luftstrom bespült werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel mit nur einer einzigen Isolierring ist in den Fig. 7 bis 10 gezeigt. I 65 Fig. 7 ist das Lagerschild der elektrischen Maschin mit 24 bezeichnet, das an den Stellen 25 m Gewindelöchern für eine Schraubverbindung bzw. fii die Befestigung des die Halbleiterbauelemente trager

den Rahmens eingerichtet ist.

In den einander entsprechenden Rissen nach den Fig.8 und 9 ist der isolierende Rahmen mit 28 bezeichnet Dieser ist ringförmig ausgebildet und mit Ausnehmungen 29 versehen. Er weist zwei Aussparun- s gen 30 bzw. 31 benachbart den Randteilen 32 bzw. 33 auf, in welchen Gleichstromsammeischienen 34 bzw. 35 hochkant eingesetzt sind. Im oberen Teil der F i g. 8 ist gezeigt, wie eines der Halbleiterbauelemente 2 in eine entsprechende Aussparung eingesetzt ist. Der isolierende Rahmen ist noch mit Aussparungen 36 versehen, die durch zwei Bogenteile 36a bzw. 366 gebildet sind. Der obere Teil der F i g. 9 zeigt wieder ähnlich wie F i g. 3, bei der in diesem Teil die entsprechenden Halbleiterbauelemente 2 fortgelassen sind, bogenförmige Kon- taktfedern 37 und 38 für die entsprechenden Halbleiterbauelemente 2. Nach der Darstellung stellt die Kontaktfeder 37 eine Verbindung zwischen dem entsprechenden Halbleiterelement und der äußeren Gleichstromsammelschiene 35 her, während die Kontaktfeder 38 eine Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement und der inneren Gleichstromsammelschiene 34 herstellt In Fig.8 ist eine gleichstromseitige Anschlußklemme mit 39 bezeichnet, ihr rechteckiger Schraubenkopf 39a ist wieder, wie in Verbindung mit F i g. 3 erläutert mit den Enden der Gleichstromsammelschiene 34, 35 verschweißt Die übrigen Halbleiterbauelemente sind in entsprechender Weise mit der entsprechenden Polarität eingesetzt und über entsprechende Kontaktfedern an die jeweilige Gleichstrom- sammelschiene angeschlossen. Nachdem die Halbleiterbauelemente 2 in ihren Sitz der Ausnehmungen 36 gebracht worden sind, werden gleichzeitig als Abschlußteile für die Ausnehmungen, in denen die Halbleiterbauelemente sitzen, segmentförmige Kühlkörper 40 mit Kühlfahnen 41 jeweils mittels eines der Hohlniete 42 und einer der Schrauben 43 an dem isolierenden Rahmen 28 festgespannt wobei gleichzeitig der entsprechende Kontaktdruck zwischen den Polen des jeweiligen Halbleiterbauelementes und seinen Anschlußkontaktflächen an den als Wechselstrom-Anschlußschiene benutzten Kühlkörper 40 mit den als Anschlußbolzen an die Wechselstrom- bzw. Dreiphasenwicklung des Generators dienende Schraubenbolzen 43 hergestellt wird.

Der isolierende Rahmen 28 mit den Kühlkörpern 40 ist außerdem noch mit Augen 26 und 27 versehen, so daß ein solcher Stromrichter, wie es die Fig. 10 in Seitenansicht zeigt, mit seiner linken Stirnfläche mit dem Lagerschildkörper nach F i g. 7 zusammengeführt und mittels Schrauben, welche durch die Löcher 27 hindurchgeführt und in die Gewindelöcher 25 eingedreht werden, an dem Lagerschild befestigt werden kann.

In F i g. 11 ist noch ein Ausführungsbeispiel für eine solche erfindungsgemäße Lösung veranschaulicht, wonach ein solches Stromrichteraggregat ζ. B. nach Art des in Fig. 10 dargestellter, und mit der Sammelbezeichnung 44 bezeichneten oder auch ein solches gemäß der anderen beispielsweisen Lösung nach den vorausgehenden F i g. 1 bis 6 in der Maschine über einen Halter getragen wird, der nach Art eines die Schleifbürsten der Maschine tragenden Halters oder Sterns 46 auf dem Lagerkörper des Lagerschildes drehbar und feststellbar angeordnet ist.

In dieser F i g. 11 bezeichnet 44 ein Stromrichteraggregat nach Fig. 10. Dieses ist mit seinen Augen 26 mittels durch die Kanäle 27 hindurchgeführter und in Gewindebohrungen 47 eingedrehter Schrauben 45 an dem Sternkörper 46 befestigt Mit 48 sind isoliert in den Sternkörper 46 eingesetzte Trägerbolzen für Schleifbürsten der elektrischen Maschine bezeichnet. Der Sternkörper 46 ist mit seinem Nabenteil 49 auf dem innerhalb der Maschine liegenden Teil des Lagerträgers 50 des Lagerschildes aufgeschoben, dessen den Lagerschalenträger 50 tragender Teil bzw. dessen zum ringförmigen Rand des Lagerschildes führende Arme mit 51 bezeichnet sind. Sind die Bolzen 48 Anschlußbolzen der Wicklung der elektrischen Maschine, z. B. wenn die Maschine die Wechselstromwicklung auf ihrerr Läufer trägt also eine Außenpolmaschine ist, so könner die Bolzen 48 mit den Anschlußbolzen 43 übei besondere elektrische Leitungen verbunden sein. Die Bolzen 48 können jedoch auch bei einer Innenpolma schine ais Träger der im Erregerkreis der Maschine liegenden Gleichstromschleifbürsten dienen.

Ein solcher sternförmiger Körper kann auch gegebe nenfalls lediglich Träger der Stromrichteranordnunj sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Stromrichteranordnung für einen kollektorlosen Generator mit Halbleiterbauelementen aus Germanium oder Silizium mit flächenhaftem pn-Obergang, die in Ausnehmungen eines an der Stirnseite des Generators angebrachten feststehenden Rahmens befestigt sind und eine Gleichrichterbrückenschaltung bilden, deren Wechselstromanschlüsse mit der Wechselstromwicklung des Generators verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterbauelemente (2) mit scheibenförmigem Gehäuse, das gegenüberliegende Kontaktflächen für die beiden elektrischen Pole (6, 7) aufweist, verwendet sind, und daß mit detn ersten Rahmen (1) ein zweiter Rahmen (8) verbunden »st, der Gleichstromsammeischienen (12, 13) trägt und die Ausnehmungen (3) für die Halbleiterbauelemente (2) auf der an "ihm anliegenden ersten Seite des ersten Rahmens (1) verschließt, während die andere Seite der Ausnehmungen (3) im ersten Rahmen (1) mit metallischen Ringsegmenten (21) verschlossen sind, welche die Wechselstromanschlüsse bilden, und daß ferner die Gleichstromsammelschienen (12, 13) und die Halbleiterbauelemente (2) durch Kontaktfedern (14) verbunden sind.

2. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rahmen (1) und der zweite Rahmen (8) aus Isolierstoff bestehen und das der zweite Rahmen (8) Aussparungen für die Sammelschienen (12,13) aufweist.

3. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (21) als Kühlkörper ausgebildet sind.

4. Stromrichteranordming nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (14) gleichzeitig als Kraftspeicher ausgebildet sind, die eine Druckkontaktverbindung zu den Samn«elschienen (12. 13) und zu den Halbleiterbauelementen (2) aufrechterhalten.

5. Stromricnterancrdnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Ringsegmente (21) mit Kühlfahnen (41) ausgestattet sind.

6. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (1,8) am Lagerschild der Maschine befestigt sind.

7. Stromrichteranordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (1, 8) an einem der Lagerkörper des Lagerschildes innen an der Maschine fest oder drehbar und feststellbar angeordneten Träger befestigt sind.

8. Stromrichteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger gleichzeitig Trager für Schieifbürsten der elektrischen Maschine ist.