CN2135870Y

CN2135870Y - 集成化旋转整流器

Info

Publication number: CN2135870Y
Application number: CN 92238508
Authority: CN
Inventors: 易传志; 鲁玉升; 陈邦本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2002-10-28

Abstract

本实用新型涉及一种集成化旋转整流器(即整流盘)，它是无刷发电机的一个重要部件，其作用是向发电机励磁绕组提供直流供电。它由三相交流电源，三相整流桥，过压保护压敏电阻，转子励磁绕组组成，其特征在于：由圆盘形绝缘支架，扇形金属散热板，环形金属正极板，负极板组成，以及将整流用半导体芯片直接封装在旋转整流器上。同时将圆盘形压敏电阻也安装在支架上，使其成为一个带有装配孔和引出线固定头的圆盘形集成化旋转整流器。

Description

本实用新型涉及一种无刷发电机励磁整流装置的改进，它是一种集成化的旋转整流装置，是在（CN20829140）号专利基础上进一步研制开发的新产品，它属于无刷发电机励磁整流装置。也适用于同步电动机的旋转励磁整流。

旋转整流装置是无刷发电机的一个重要部件，它与发电机的转子装配在一起，电机开动后，它与转子一起转动。它的作用是向发电机励磁绕组提供直流供电。这种旋转整流装置不仅要求电气性能好，还要求体积小、重量轻、坚固耐用。在1991年申请并授权的（CN20829140）号专利中，我们主要采用了压敏电阻取代康铜电阻做过压保护。并对通风散热等问题进行了合理的设计和改进，但仍有不少问题，突出地表现为：体积大、重量大、装配连线多、工艺复杂，以及元件、器体和引线暴露在外，运转时极易损坏等。

本实用新型的目的正是为了克服现有产品的不足，而研制出一种集成化旋转整流器（即整流盘），它由三相交流电源，三相整流桥，过压保护压敏电阻，转子励磁绕组组成，其特征在于：结构为集成化一体结构，具体由以下几部分构成：

①园盘形绝缘支架，上面设有安装孔、通风孔、接线孔和镶嵌六个半导体芯片的孔，园盘中心设有轴孔，支架的一侧还有安装压敏电阻的园形槽架。

②扇形金属板共三块互相成120°均匀地安装在支架上，在每块金属板的四角都有装配小孔，固定在支架上，金属板上开有接线孔和带有阴螺纹的小孔用以与三相交流电A、B、C连接，每块扇形金属板上还带有二个凹形突起的散热片。

③环形金属正极板和负极板为直径不等的同心金属园环，其上分别有三组安装半导体芯片的孔，正极板和负极板上各有六个小园孔用来和支架装连，正极板和负极板上各有一阴螺纹孔与励磁绕组相连。

④整流用半导体芯片为硅平面大功率整流二极管芯片，共有六片直接封装在旋转整流器上。

⑤园盘形压敏电阻安装在支架的槽孔内，其两个端头穿过支架分别焊接在正极板和负极板上，以上五部分构成一个带有装配孔和引出固定头的园盘形集成化旋转整流器。

构成了本实用新型的5个特征：

1.用半导体芯片取代分立式高压大电流整流管。

2.采用半导体封装工艺，将半导体芯片直接封装在旋转整流器上。

3.镶嵌在绝缘盘上的几块金属板，既充当电气连接线又兼做散热片。

4.旋转器上开有通风孔，提高了散热效果。

5.旋转整流器制成一个整体，形成一个带有装配孔和引出线固定头的园盘形集成化电路。

下面结合附图及实施例对本实用新型的工作原理和装配工艺介绍如下：

图1为本实用新型电路图

图2为压敏电阻的电压－电阻特性曲线

图3为旋转整流器结构总图

图4为旋转整流器上半导体芯片安装示意图

图5为本实用新型封装结构图

其中1－绝缘支架，2－扇形金属板，3－正电极，4－负电极，5－半导体芯片，6－散热片，7－压敏电阻，8－安装孔，9－通风孔，10－接线孔，11－轴孔，12－芯片，13－铜引线，14－金属导电片，15－点焊，16－锡焊，17－点焊，18－挤压焊，19－管帽，20－绝缘瓷管。

首先介绍电路及工作原理：

旋转整流器是一种无刷发电机或同步电动机使用的励磁整流装置，它的作用是把三相交流电，经过整流之后，变为直流电，供给发电机的励磁绕组。其电路图如图1所示。图1中虚线框内部分为旋转整流器的全部电路。其左侧为三相交流电源，其右侧为发电机励磁绕组。整流器中装有三对二极管，组成三组全波整流器，分别对三相电A、B、C进行全波整流，整流后的直流供给右侧的绕组。图1中还有一支压敏电阻R是起保护作用的，由于整流器输出端是接在绕组上，是电抗性负载，因此当发电机启动或停止时电路中会出现高压脉冲，有可能击穿整流器件，并联压敏电阻后，可以有效的保护整流件器。压敏电阻的电压－电阻特性曲线如图2所示，当电压超过设定值（本实施例中选为470V）后，电阻值徒降。从而扼制了超过正常工作状态的高压脉冲。

下面介绍旋转整流器的结构和制作工艺：

图3为旋转整流器结构总图，由图可见

旋转整流器，由园盘形绝缘支架（1）；三块扇形金属散热板，兼做三相交流电输入电极（2－1，2－2，2－3）；园环形金属正极板（3）；园环形金属负极板（4）；半导体芯片（六个），（5－1，5－2，5－3，5－4，5－5，5－6）；凹形突起散热片（6）；园盘形压敏电阻（7）等七个部分组成。

①园盘形绝缘支架（1）是用酚醛树脂制成的，园盘外径为168mm，厚度为4mm，它上面打有安装孔（8），通风孔（9）接线孔（10）和镶嵌六个半导体芯片（5－1，5－2，5－3，5－4，5－5，5－6）的孔，园盘的中心设有轴孔（11）。在一侧还设有镶嵌压敏电阻（7）的园形槽架。

②扇形金属板（2）共三块，分别为（2－1），（2－2），（2－3），均匀（互成120°角）的安装在支架（1）上，在每块金属板的四角都有装配小孔，以便把它固定在支架（1）上，金属板（2）上开有接线孔（10）和带有阴螺纹的小孔，以便与三相交流电A、B、C连接。在每块扇形金属板上还带有二个凹形突起散热片（6），以加强散热效果，散热片的断面形状可见图3中的B－B剖面图。

③环形金属正极板（3）和负极板（4）分别为直径不等的同心金属园环，其上分别有三组安装半导体芯片的孔，（5－1，5－2，5－3，5－4，5－5，5－6）。在按特定工艺置入半导体芯片后封装。由图3可见，正极板（3）和负极板（4）上各有六个小园孔，用来和支架（1）装连。正、负极板（3）、（4）上各有一阴螺纹孔，用以与励磁绕组相连。

④整流用半导体芯片（5）共有六片，即图3中的（5－1），（5－2），（5－3），（5－4），（5－5），（5－6）。本实用新型中采用的芯片为硅平面大功率整流二极管芯片，它采用N型单晶硅片为衬底，经外延工艺和扩硼工艺，形成P－N结，并在其正、反两面镀镍形成金属导电层，制成的P－N结芯片，表面涂以高强度硅橡胶保护层，芯片厚度为0.3mm～0.4mm，直径为6mm，其正向导通电流可达25A以上，反向峰值耐压可达800伏以上。这些芯片按照图4所示的极性，分别安放在整流器上。然后进行封装，其封装工艺，是电路集成化的关建，也是本实用新型的主要特征，对此后面将单独予以介绍。

⑤园盘形压敏电阻（7）选用通用元件MY31－470V／5KA。按图3中A－A剖面图，把压敏电阻（7）镶嵌在支架（1）上，压敏电阻（7）的两个端头穿过支架（1）分别焊接在支架（1）背面的正极板（3）和负极板（4）上。

下面对半导体二极管封装详述如下：

本实施例中按不同需要，采用两种不同封装工艺。

第一种封装如图5（a）所示，工艺如下：

1.将相当于二极管管座的3mm镀锡铜板（2）加热至240℃。

2.用气镊子将二极管芯片正反方向各一支置于予定位置上。

3.再用带孔的气镊子连同

形的镀锡的铜引线置于芯片上并加一定压力以使引线与芯片、芯片与底座同时焊牢。

4.通过定位工装将绝缘支架（1）置于三片已装好芯片和引线的金属板（2－1，2－2，2－3）上。

5.用环氧树脂分别封灌于装配了芯片的空腔内，以保护芯片，增强芯片、引线的机械强度。

6.通过定位工装，分别将直流输出正极（3）和负极（4），两环型镀锡铜板置于绝缘支架上，同时使6支二极管的引线由予定的引线孔中外露出来。

7.用12支固定螺钉将旋转器紧固于一体。

8.用焊锡将芯片引出线分别与（3）、（4）焊牢密封。

第二种封装如图5（b），工艺如下：

1.采用烧结工艺，将二极管芯片正、反两种分别烧结于园形铜片上。

2.用点焊工艺，将烧结好芯片的钼片点焊在相当于二极管管座的镀锡铜板的予定位置上。

3.将两端备银的绝缘瓷管置于金属板（2）上的园形凹槽内，并用焊锡将瓷管与金属板（2）焊牢、密封。

4.用12支固定螺钉将金属板（2－1，2－2，2－3，）与绝缘支架（1）环形铜板（3）、（4）紧固于一体。

5.用焊锡将六支瓷管分别与环形铜板（3）、（4）接触处焊牢，此时，六个封闭的管芯腔形成。

6.将旋转器整体予热至240℃，用带孔的气镊子连同

形的镀锡的铜引线（或多股镀锡铜引线）置于芯片上，并加一定压力，以使引线与芯片芯片与底座同时焊牢。

7.用点焊工艺将六支伞型铜管帽（0.5mm厚）分别焊于环形铜板（3）、（4）予定位置上。此时，六支管子引线由管帽引线孔中露出。

8.用挤压、点焊方法将引线与管帽牢固封在一起。

本实用新型制成后，为一园盘形集成化旋转三相整流装置，使用时，只需把它装在无刷发电机的转子上，并将发电机的三相交流线（A、B、C）和励磁绕组的两个端头（N、S）分别用5棵螺丝，固定在转盘上，即可。

本实用新型，采用集成技术，用集成化的超薄型旋转整流器，取代了用分立元件组装的整流器，从而使转盘的厚度由原来的40mm减为8mm，重量由300g减为100g，省去了半导体管壳，引线等，增加了转盘电气和机械性能的可靠性和坚固性，在装配使用中，也十分方便。已制成的新型集成化整流转盘额定输出电流为65A，反向耐峰值电压大于600V，可与50～90KW无刷发电机配套使用，效果良好。

Claims

1、一种集成化旋转整流器，由三相交流电源，三相整流桥，过压保护压敏电阻，转子励磁绕组组成，其特征在于：结构为集成化一体结构，具体由以下几部份构成，

①整流器的园盘形绝缘支架(1)上面设有安装孔(8)，通风孔(9)，接线孔(10)和镶嵌六个半导体芯片的孔(5-1，5-2，5-3，5-4，5-5，5-6)，园盘的中心设有轴孔(11)，支架为一侧还有安装压敏电阻(7)的园形槽架；

②扇形金属板(2)共三块(2-1，2-2，2-3)互成120°角均匀地安装在支架(1)上，在每块金属板的四角都有装配小孔，通过小孔固定在支架(1)上，金属板(2)上开有接线孔(10)和带有阴螺纹的小孔，以便与三相交流电A、B、C连接，在每块扇形金属板上还带有二个凹形突起的散热片(6)；

③环形金属正极板(3)和负极板(4)分别为直径不等的同心金属园环，其上分别有三组安装半导体芯片的孔(5-1，5-2，5-3，5-4，5-5，5-6)，正极板(3)和负极板(4)上各有六个小园孔，用来和支架(1)装连；正极板(3)和负极板(4)上各有一阴螺纹孔与励磁绕组相连；

④整流用半导体芯片(5)为硅平面大功率整流二极管芯片，共有六片(5-1～5-6)，直接封装在旋转整流器上；

⑤园盘形压敏电阻(7)安装在支架(1)上，压敏电阻(7)的两个端头穿过支架(1)分别焊接在支架(1)的背面的正极板(3)和负极板(4)上，由以上五部分构成一个带有装配孔和引出线固定头的园盘形集成化旋转整流器。

2、如权利要求1所述的集成化旋转整流器，其特征在于：所说的半导体芯片，采用硅平面大功率整流二极管芯片，采用N型单晶硅片为衬底，经外延工艺和扩硼工艺形成P－N结，并在其正、反两面镀镍形成金属导电层，制成P－N结芯片，表面涂以高强度硅橡胶保护层，将其安放在整流器上，进行封装。