CN1816958A - 用于电机的电子封装 - Google Patents

Abstract

用于电机特别是多相电流发电机的电子封装(100)包括确定外壳一端的滑环端架(2)，其用于在其中安装转子以便转子能够旋转；多个以有角度形式分布在用作负散热器的架(2)内的负二极管(1)；多个安装在位于多个负二极管(1)位置之上的单独导电板(4)上的正二极管(3)，导电板(4)设计为具有对应孔(5)的正散热器，使得从每个负二极管(1)伸出的引线(6)直接通过这些孔及正散热器(4)内形成的开口(9)伸出以接合每个正二极管(3)管体；安装在一系列凸起部(11)之上的非导电性分隔物(10)，其分隔在负散热器(2)的上表面之上的正散热器(4)，该分隔物(10)用作使正散热器(4)和负散热器(2)相互电绝缘；其中来自正和负散热器(4和2)的多余热量通过每一散热器内的通风孔排出并径向向外越过每一散热器的表面。

Description

用于电机的电子封装

技术领域

本申请总体上与电气设备有关，特别是与具有用于电机的二极管整流桥、调节器和刷握组件的电子元件封装及其制造方法相关。

背景技术

交通工具的电负载在持续增长。同时，发电机可用的整个封装大小持续减小。因此需要较高功率密度的系统和产生单板电流的方法。

对交流发电机所产生电流的需求的增长导致需要电流调整系统的相应适配，尤其是交流发电机产生的三相交流电流藉以整流变为直流电流的系统，直流电流可存储于交通工具的电池之中或直接用于直流电压供电的交通工具电路。

三相交流电流的整流一般通过具有六个功率二极管的整流桥实现。这些二极管中的三个是正二极管，并被连接在交流发电机定子绕组的相端子和发电机的正极端子B+之间，正极端子被连接到交通工具的电池和电路。另外三个二极管称作负二极管，连接在交通工具的电气接地或大地和前述定子绕组的相端子之间。

二极管组成了整流桥并承受大电流。因此，尽可能以最有效的方法冷却二极管是必要的。为了达到这一目的，众所周知的是将二极管安放在金属板上，金属板放置在交流发电机的外面并组成了用于二极管产生的热量的散热器。二极管分组放在两个载板之上，其中一个专供正二极管使用，另一个专供负二极管使用。

整流器二极管连接到各自的载板，且这些载板也用作这些二极管的散热器。整流器二极管通过压力插入载板或散热器的接收钻孔，或使用合适的焊接合金焊接到载板。连接到整流器二极管的终端导线使整流二极管能够被连接到外部电源。

但是，在某些特别苛刻的工作条件下，很明显，这种二极管的冷却或笼统地说整个电流调整装置的冷却不足以保证交流发电机的长期可靠性。

散热器通常做成圆形或半月形并固定到与交流发电机相同的平面内。

桥式整流器必须不仅能够承受正常的电池充电电流，而且必须能够提供交通工具所需的高负载电流并能在较高及升高的环境温度下提供前述电流，这一点是非常重要的。例如，这些需求状况可能会在交通工具在炎热夜晚陷入交通堵塞而反复起停时发生。在这种状态下，由于前灯、空调、引擎散热风扇、刹车灯和多个其他杂项电负载，全部电负载非常高。由于外界环境的温度和反复起停的驾驶进度，引擎罩下的温度也很高。如上讨论的桥式整流器，它们在这样环境下可靠运行的能力受到了限制。为使桥式整流器能处理这些类型的过流和过热，需要使用具有较高电流处理能力的桥式整流器。由于交流发电机空间的限制，不仅从可行性的观点而且从节约成本的观点来看提供这样的桥式整流器是非常困难的。

提高桥式整流器的电流容量和散热特性已经包括在第一和第二金属散热器上安装半导体二极管芯片，散热器通过一薄片电绝缘材料相互电绝缘。二极管芯片连接到各自的散热器后再被保护绝缘涂层覆盖。金属散热器之一包括散热片区域，其在桥式整流器安装到发电机时遭受冷却空气。带有多个散热片的散热器包括十二个空气通路。这一类型的桥式整流器如斯蒂尔(Steele)等人的美国专利4,606,000中所示，其通过引用组合于此。

随着时间推移和振动影响，电子电路的电气完整性会由于机械应力产生的疲劳而失效。这将产生电机的电输出损失。而且，一些元件被要求提供输出连接，因此零件或元件的成本和组装的成本很高。

人们需要提高现有技术的桥式整流器的性能特性。此外，还需要载板增加对二极管的散热并更有效冷却二极管，这是通过促进扩大二极管可用的散热器的表面积，从而使二极管经安放二极管的载板的散热率提高。并且，还需要能够经受振动的、更结实的封装组件，其可提供有效且成本效率高的散热。

发明内容

上述和其他一些缺点与不足可通过用于电机特别是多相电流发电机的电子封装克服或缓解，其包括确定外壳一端的滑环端(SRE)架，滑环端(SRE)架设计用于安装转子以使其能够旋转；以有角度方式分布在SRE架内的多个负二极管，SRE架用作负散热器；多个安装在单独导电板上的正二极管，导电板位于多个负二极管的位置之上，其用作正散热器，散热器具有对应的孔使得从每个负二极管延伸出的引线直接从其及正散热器中形成的开口通过以接合每个正二极管管体；安装在一系列凸起部之上的非导电分隔物，其分隔负散热器的上表面之上的正散热器，分隔物设计用作使正散热器和负散热器相互电绝缘；设计用作在正与负二极管、定子相引线和调节器组件之间进行恰当电连接的端子组件；调节器组件可在多个位置固定到SRE架；调节器组件电连接到正散热器、从端子组件延伸出的定子相端子、SRE架和刷握组件；其中来自正和负散热器的多余热量将通过每一个散热器中设计并呈放射状向外越过每一散热器表面的通风孔排出。

在另一实施例中，公开了用于电机特别是多相电流发电机的输出连接。输出连接包括B+螺柱，其一端是螺柱头，另一端上有螺纹，B+螺柱穿过由螺柱头固定的正散热器伸出，螺柱头靠在散热器的表面；放置在B+螺柱之上的金属垫片，使得当外部电池电缆连接到B+螺柱时，当外部螺母固紧在B+螺柱上时，B+螺柱受拉力且垫片处于压缩状态；在螺柱B+和垫片内径表面至少之一上的滚花，使得当金属垫片放置在B+螺柱上时，螺柱和垫片为压配合接合。

附图说明

图1是具有随其布置的示例性桥式整流器的三个负二极管的交流发电机滑环端(SRE)架透视图；

图2是放置在图1所示SRE架上的非导电分隔物的透视图；

图3是图2所示桥式整流器的透视图，其示出了非导电分隔物上方具有随其布置的三个正二极管的导电板(如正散热器)；

图4是具有放置在正散热器上方的端子组件的图3所示桥式整流器的透视图；

图5是根据图4所示实施例在SRE架上放置的调节器组件和在SRE架下放置的风扇的透视图。

图6是图5不含风扇且SRE架旋转90度的透视图；

图7是图6所示SRE架再旋转90度的透视图；及

图8是根据图5所示实施例在桥式整流器电子封装上方布置的盖的透视图。

具体实施方式

参考附图，其示出了具有六个二极管的整流器组件100的实施例，整流器组件100用于将交流发电机产生的交流电转化为交通工具使用的直流电。其还总体上描述了汽车交流发电机的电子封装设计。电子封装包括整流器组件100、调节器组件19和刷握21。

参考图1，其示出了桥式整流器100的实施例的透视图。整流器100包括具有随其布置的三个负二极管1的发电机(未示出)的滑环端(SRE)架2。SRE架2最好用铝浇铸，但是其他金属也可使用。三个负二极管1被安装以直接接触发电机的SRE架2。二极管1以有角度方式分布并在互补设计的孔中相互间隔开，孔最好允许压配合装配。SRE架2设计为整流器组件100的结构、导电及导热元件。多个通风孔在二极管1内外径向同心布置，从而在二极管1之间形成圆弧(如模型图中所示)。

三个正二极管3安装在各自的导电板4上，导电板直接定位在图3所示三个负二极管的位置上方。导电板4最好被成形为具有对应的孔5的正散热器，使得从负二极管1延伸出的引线6直接通过对应的孔5伸出，并相对于用于电连接的端子组件13恰当定位(最佳如图4所示)。板4配置了多个从其延伸出的散热片7和在正散热器形成的用于冷却的沿径槽8。在所示实施例中，沿径槽8在从板4冲压出散热片7时形成，这样每一散热片7对应于与其对齐的槽8。在正散热器4内加工形成开口9用于分别放置正二极管。在示例性实施例中，开口9设计为在正散热器或板4内加工而成的围绕每一正二极管3的圆柱形壁9。圆柱形壁9优选设计为允许其中对应的正二极管3的压配合装配。圆柱形壁9增加了与二极管3接触的表面积以提高从二极管3的热传导和增加从圆柱形壁9的散热。板4优选以铝制造，1100铝合金更好，但是其他合适的导热金属也可使用。此外，虽然以上描述了圆柱形壁9，但是圆柱形壁9并不受其限制，而且也可以包括其它几何形状，例如包括但不限于八角形或星形。

参考图2，为了使正散热器4与处于接地电位的SRE架2电绝缘，非导电分隔物10安装在一系列的凸起部11之上，其分隔了在SRE架2的上表面之上的正散热器4。分隔物10设计为用于定子(未示出)的相引线绝缘体12以使通过处于接地电位的SRE架2伸出的定子导线(如模型中三所示)绝缘。

参考图4，在二极管1和3、定子相引线(如模型中所示)和调节器19(图5-8)之间的适当电连接是通过使用端子组件13完成的。端子组件13优选设计为圆弧形以与二极管1、3模式的曲率和正散热器4的结构相匹配。单片导电体14最好采用夹物模压法模压在端子组件13内。导电体14优选使用铜，但是其他合适的金属也可以使用。在夹物模压端子组件13后，其被模压而将导电体14分隔为适当的几部分以二极管1和3以及定子导线进行电连接。端子组件13、正散热器4、分隔物10、SRE架2由穿过端子组件13(四所示)中设计的圆柱形壁15的紧固件(未示出)夹紧，从而固紧所得到的组件。每一圆柱形壁15为穿过其的对应紧固件提供与正散热器电绝缘，同时用作对应的圆柱形壁9’的凸起部，圆柱形壁9’不具有穿过其延伸出的二极管3。每一紧固件直接与SRE架2啮合，例如螺纹啮合，其中紧固件最好为机械紧固件，如有螺纹的螺钉。

参考图5，整流器组件100优选通过流过正散热器4和负散热器或架2以及穿过配置于其中的不同空气通路的多个气流冷却。由于正散热器4与SRE架2隔开，空气流不仅轴向向下通过正散热器4上靠近散热片7确定的散热区域的槽8，大体上如箭头16所示，并且在进入SRE架2的入口之前径向流过架2和板4的表面，大体上如箭头17所示。SRE架2也是由该径向运动的空气冷却，而且在空气以径向方式离开SRE架2之前，随着空气流经SRE架2并穿过SRE架2的内表面，SRE架2还被在其内径向运动的空气冷却，大体上如箭头18所示。最好使用以虚线粗略画出的风扇110以增加发电机滑环端的气流。而且，风扇还可以放置在转子的驱动端侧甚至电机外部以产生空气运动。风扇110优选设计为将空气吸入SRE架2流向放置于其中的电子封装。风扇110连接到发电机的轴，最好在每一端使用两个风扇110。

调节器组件19电连接到正散热器4、从端子组件13延伸出的定子相端子20、SRE架2和刷握组件21。调节器19包括放置在一端的合适的连接器组件22，其允许外部连接器体插入调节器用于与合适的运输工具电接口。调节器组件19最好为密闭封装，其可在几个位置固定到SRE架2上，最佳如图7所示。调节器组件19在电气上和结构上连接到正散热器4，通过将在调节器19引线架中形成的环端子23放置在整流器的B+输出螺柱24之上，调节器组件19处于电池B+电压电势。B+螺柱24被压入正散热器4的背后。金属垫片25再被压到位于调节器环端子23顶部的B+螺柱上。当用户将外部电池电缆40连接到B+螺柱24时，如果外部螺母42(见图8)以螺纹固定在螺柱24上，由于螺柱上产生的压力整流器组件100作为整体处于压缩状态。调节器19通过端子组件13和在端子20的焊接连接电连接到定子相绕组之一。到刷握组件21的刷握26的场正(F+)端的电连接由紧固件(未示出)实现，其将调节器19夹紧到刷握26并被固定到SRE架2内，最佳如图6和7所示。用于刷握的场负(F-)电连接也是通过相同的夹紧连接组件实现。

参考图3-6的实施例，B+螺柱24通过正散热器4的底部伸出并被靠在正散热器下表面的螺柱头(未示出)固定，B+螺柱24的另一端有螺纹。金属垫片25放在B+螺柱24之上，这样当外部电池电缆40连接到B+螺柱24时，如果外部螺母拧紧在B+螺柱24上(见图8)，B+螺柱24受压力且垫片25被压缩。图3表示了在B+螺柱24上的滚花29，这样当金属垫片25放置在螺柱24上时，两部分通过B+螺柱24上的滚花29和垫片25内径表面之间的压配合结合在一起。在这样的安排下，一垫片25可用于多个输出螺柱，如M6或M，因为不同的用户要求不同的B+螺柱。这可以减少零件数量、装配错误和降低成本。另外，还不用使用带子，该带子通常被施加在B+螺柱上以在装配和运输给客户期间使垫片保持在适当位置。

参考图8，结合图5-7描述的整个电子封装被罩27遮蔽，其延伸穿过整个电子封装并连接到SRE架2。罩27包括多个设计在罩27的上表面的通风孔28以使气流通过其进入放置在顶面下的电子封装。罩27进一步设计为在30指示的位置具有切口部分，以允许连接器组件22通过其与外部连接器体电连接。罩27的顶面还设计有孔以使垫片25和B+螺柱24通过其伸出用于电连接以上讨论的交通工具电池。

上述发明提供了多种元件的几何设计，其产生非常有效的整流器热封装，且所装配元件的结构设计产生了非常结实的、抗振动影响的组件。

上述整流器组件实施例的导热方面包括在二极管之间合适的角间距。负二极管安装在SRE架的上面或里面以允许双向空气流穿过和通过正散热器。正散热器设计具有剪切形成的散热片和在正二极管周围的同心壁，二者都能扩大散热表面积，其中SRE风扇抽取空气直接穿过SRE架的表面用于冷却。

上述整流器组件实施例的结构方面包括每隔两个二极管对通过绝缘圆柱形壁的紧固件间隔，其在正散热器内形成同心壁以增加板的硬度并保持正二极管，还包括横跨在B+输出螺柱上以压缩装配整流器组件的紧固件，以及刚性端子组件设计和固定系统。

上述整流器组件实施例的其他方面包括使用压配合结构的B+螺柱和垫片设计接口，集成在正散热器分隔物中的相引线绝缘体，具有交替上/下结构以在安装期间便于定位的垫片和端子设计，以及调节器布局几何形状。

超过上述整流器组件的冷却效果的散热封装是液体冷却，但是液体冷却受成本限制。从振动的观点来看，上述电子封装比申请人测试过的其他任何封装更能抵抗由于振动产生的故障。而且，上述整流器组件的电子封装的实施例在成本效果设计方面显示出非常大的导热和结构优势。

通过二极管的电流产生热量。发热对二极管的电流性能产生负面影响。因此，温度/电流性能是反比关系。超过给定的温度二极管会被损坏。因此在产生大电流的发电机上，通过散热器冷却二极管和通过扩大散热器表面积和越过/穿过其的气流提高散热非常必要。

在此公开的实施例中提供了改进的用于交流发电机的桥式整流器，其中包括具有在正二极管周围形成的同心壁的散热器设备，以提高相对于没有同心壁的散热率。而且，所形成的同心壁提高了散热器装置的刚度以抵抗振动。

虽然本发明已经参考实施例进行了描述，但是应理解的是，本领域的普通技术人员将在不背离本发明的范围的情况下进行多种变化和等价物可取代其中的元件。此外，不背离本发明的实质范围还可对本发明的内容做许多修改以适应特定的环境或材料。因此，本发明不受限于作为预期实施本发明的最佳模式而公开的具体内容，但是本发明将包括属于权利要求范围的所有具体内容。

Claims (24)

1、用于电机特别是多相电流发电机的电子封装，包括：

确定外壳一端的滑环端(SRE)架，其用于在其中安装转子以便转子能够旋转；

多个以有角度形式分布在用作负散热器的SRE架内的负二极管；

多个安装在位于多个负二极管位置之上的单独导电板上的正二极管，导电板设计为具有对应孔的正散热器，使得从每个负二极管伸出的引线直接通过这些孔及正散热器内形成的开口伸出以接合每个正二极管管体；

安装在一系列凸起部之上的非导电性分隔物，其分隔在负散热器的上表面之上的正散热器，该分隔物用作使正散热器和负散热器相互电绝缘；

用作在正与负二极管、定子相引线和调节器组件间进行适当电连接的端子组件；及

调节器组件在多个位置被固定到SRE架，调节器组件电连接到正散热器、从端子组件延伸出的定子相端子、SRE架、和刷握组件；

其中来自正和负散热器的多余热量通过每一散热器内的通风孔排出并径向向外越过每一散热器的表面。

2、根据权利要求1所述封装，正散热器内的开口是细长的圆柱形壁。

3、根据权利要求1所述封装，进一步包括延伸跨越电子封装的罩以遮蔽电子封装，其连接到SRE架。

4、根据权利要求1所述封装，其中多个通风孔在多个负二极管内外径向同心布置，以在其间形成圆弧形。

5、根据权利要求4所述封装，其中在正散热器内加工形成沿径槽，沿径槽实质上与沿多个负二极管向内径向布置的多个通风孔对齐。

6、根据权利要求5所述封装，其中当从正散热器的板冲压出散热片时形成沿径槽，这样每一散热片对应于与之对齐的槽。

7、根据权利要求1所述封装，其中来自负二极管的相应引线延伸穿过相应孔而直接通过相应的孔伸出，且相应孔各自与从端子组件伸出而用于电连接的导体对齐。

8、根据权利要求1所述封装，其中每一开口被设计为满足下述之一条件：允许压配合装配对应的正二极管及扩大与对应二极管接触的表面积以提高散热。

9、根据权利要求1所述封装，分隔物设计为相引线绝缘体，其使延伸通过处于接地电位的SRE架的定子导线绝缘，且电连接到从端子组件伸出的对应导体。

10、根据权利要求1所述封装，其中端子组件优选设计为弧形，以实质上匹配所布置的多个正二极管、多个负二极管和正散热器结构中至少之一的模式。

11、根据权利要求10所述封装，其中端子组件、正散热器、分隔物和SRE架由穿过端子组件中设计的圆柱形壁的紧固件夹在一起，从而固紧所得到的组件。

12、根据权利要求11所述封装，其中每一个圆柱形壁为从其中延伸穿过的对应紧固件提供与正散热器的电绝缘。

13、根据权利要求11所述封装，其中每一紧固件的间距包括其间的两个二极管。

14、根据权利要求6所述封装，其中正散热器与SRE架分隔开，以允许空气轴向向下通过正散热器上靠近散热片确定的散热区域的槽，还允许空气在进入由相应通风口确定的SRE架入口之前径向跨SRE架和导电板的表面流过。

15、根据权利要求14所述封装，其中风扇靠近电机的滑环端放置并被设计为将空气吸入SRE架流向放置其中的电子封装。

16、根据权利要求15所述封装，其中风扇抽取空气直接越过SRE架的表面以进行冷却。

17、根据权利要求1所述封装，其中电池正极(B+)螺柱连接到正散热器。

18、根据权利要求17所述封装，其中调节器组件在电气上和结构上均连接到正散热器，通过在B+螺柱之上放置在调节器组件的引线架中形成的环端子，调节器组件处于B+电压电势。

19、根据权利要求18所述封装，其中金属垫片放置在调节器环端子顶端的B+螺柱之上，使得如果外部电池电缆连接到B+螺柱，当外部螺母紧固在B+螺柱上时，由于B+螺柱上产生的压力垫片处于压缩状态。

20、根据权利要求1所述封装，其中调节器组件通过端子组件电连接到定子相绕组之一。

21、根据权利要求20所述封装，其中端子组件包括通过对应引线电连接到定子相绕组之一的第一导体和在从端子组件延伸出的突出部和调节器组件对应的插座之间具有焊接连接的第二导体。

22、根据权利要求1所述封装，其中正散热器设计为带有剪切形成的散热片和在正二极管周围的同心壁，二者都能扩大散热表面积以从其散热，每一形成的同心壁设计为具有提高板的硬度和保持正二极管中至少一项功能。

23、用于电机特别是多相电流发电机的输出连接，包括：

一端是螺柱头另一端是螺纹的B+螺柱，B+螺柱穿过由靠在散热器表面的螺柱头固定的正散热器伸出；

放置在B+螺柱之上的金属垫片，当外部电池电缆连接到B+螺柱时，当外部螺母紧固在B+螺柱上时，由于B+螺柱受压力，垫片处于压缩状态；

在B+螺柱和垫片内径表面至少之一上的滚花，使得当金属垫片放置在B+螺柱上时，螺柱和垫片压配合接合。

24、根据权利要求23所述封装，其中调节器组件是在电气上和结构上均连接到正散热器，通过在B+螺柱之上放置在调节器组件的引线架中形成的环端子，调节器组件处于B+电压电势。

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