DE10029122A1 - Wechselstromgenerator - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt einen Wechselstromgenerator mit einer kleinen Größe und einer hohen Zuverlässigkeit bereit, wobei der Wechselstromgenerator umfaßt: ein Schaltenergiemodul (1) mit einem Harzgehäuse (13), welches Schaltelemente (2), und einen Ansteuerschaltungsabschnitt (5), einen Glättungskondensator (7) zum Glätten eines Gleichstromausgangs, der an die Schaltelemente (2) geführt wird, einen Steuerschaltungsabschnitt (6) zum Ausgeben eines Steuersignals an den Ansteuerschaltungsabschnitt 5 und ein Kühlelement (24) aufnimmt; ein Keramikkondensator wird für den Glättungskondensator verwendet; eine Glättungskondensatorplatte (25) zum Anbringen des Glättungskondensators (7) ist zwischen einer Isolationsplatte, an der die Schaltelemente (2) angebracht sind und einer Ansteuerschaltungsplatte (18), an der der Ansteuerschaltungsabschnitt (5) angebracht ist, angeordnet; und die Glättungskondensatorplatte (25) dient auch als eine elektromagnetische Abschirmungsplatte zum Schützen des Ansteuerschaltungsabschnitts (5) vor dem Schaltrauschen der Schaltelemente.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Wechselstromgenerator, wie beispielsweise einen
Wechselrichter und dergleichen, und insbesondere des Typs von
Positionierungs-, Anbringungs-, Befestigungs-, Verbindungs-
Verfahren und dergleichen eines Glättungskondensators, der in
dem Wechselstromgenerator verwendet wird.
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild, das den Schaltungsaufbau
eines herkömmlichen Wechselstromgenerators zeigt, der eine DC
Energiequelle in einen dreiphasigen Wechselstrom zum
Ansteuern einer AC Last, beispielsweise einen dreiphasigen AC
Motor, umwandelt. Unter Verwendung des Falls eines
elektrischen Fahrzeugs als ein Beispiel, wandelt ein
Schaltenergiemodul 1 den Entladungsausgang einer DC
Energiequelle 8 (Batterie) von einem Gleichstrom in einen
dreiphasigen Strom um, um eine AC Last 9 (einen dreiphasigen
Motor) anzusteuern, wenn das Fahrzeug zuerst gestartet oder
beschleunigt wird. Wenn das Fahrzeug einen regenerativen
Bremsvorgang ausführt, wird andererseits eine regenerative
Energie von der AC Last 9 (dem dreiphasigen Motor) von dem
Dreiphasenstrom in einen Gleichstrom umgewandelt und an die
DC Energiequelle 8 (Batterie) zugeführt.
Schaltelemente 2, beispielsweise Transistoren, die Energie
von einem Gleichstrom in den dreiphasigen Strom umwandeln,
d. h. ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und ein
MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor),
Freilaufdioden 3, die Energie von dem dreiphasigen Strom in
einen Gleichstrom umwandeln, Dämpfungskondensatoren (Snubber-
Kondensatoren) 4 zum Unterdrücken einer Stoßspannung, die in
den Schaltelementen 2 während eines Schaltvorgangs auftritt,
und ein Ansteuerschaltungsabschnitt 5 zum Ansteuern der
Schaltelemente 2 werden in das Schaltenergiemodul 1
eingebaut.
Hierbei besteht die Haupteigenschaft, die von dem
Dämpfungskondensator 4 gefordert wird, in guten
Frequenzcharakteristiken. Somit wird allgemein ein
Filmkondensator als der Dämpfungskondensator 4 verwendet.
Andererseits unterdrückt ein Glättungskondensator 107 eine
Spannungsschwankung der DC Energiequelle 8 während des
Schaltvorgangs und glättet einen Spannungssprung und
dergleichen und muß somit eine ausreichend große Kapazität
aufweisen. Deshalb wird allgemein ein Aluminium-
Elektrolytkondensator, der leicht eine große Kapazität
bereitstellen kann, allgemein als der Glättungskondensator
107 verwendet.
Ferner gibt ein Steuerschaltungsabschnitt 6 ein Steuersignal
an den Ansteuerschaltungsabschnitt 5 in dem
Schaltenergiemodul 1 aus, um die Schaltelemente 2 zu steuern.
Da der Ansteuerschaltungsabschnitt 5 und der
Steuerschaltungsabschnitt 6 allgemein Schaltungen zum
Ansteuern und Steuern der AC Last 9, d. h. des dreiphasigen
Motors und dergleichen, sind, sind ferner ausführliche
Zeichnungen davon weggelassen.
Ferner ist Fig. 13 ein Aufriß teilweise im Querschnitt, der
den inneren Aufbau eines gebräuchlichen herkömmlichen
Wechselstromgenerators zeigt. In Fig. 13 sind ein
Schaltenergiemodul 1, Glättungskondensatoren 102, eine
Dämpfungskondensatorplatte 20, die mit Dämpfungskondensatoren
4 (nicht gezeigt) bestückt ist, und eine
Steuerschaltungsplatte 19, die mit Steuerschaltungen 6 (nicht
gezeigt) bestückt ist, in einem Gehäuse 23 aufgenommen.
Allgemein wird eine Verteilungsplatte 21, wie beispielsweise
ein Kupferbusbalken oder eine Kupferplatte und dergleichen,
zum Verbinden des Schaltenergiemoduls 1 und der
Glättungskondensatoren 107 verwendet, die elektrisch
verbunden sind, wenn die Verteilungsplatte 21 mit Schrauben
22 verbunden ist. Ferner ist die Dämpfungskondensatorplatte
20 allgemein in der Nähe einer DC-Eingangsverdrahtung 10p,
10n mit einer positiven Elektrode (P) bzw. einer negativen
Elektrode (N) und einer AC Ausgangsverdrahtung 11 für eine U
Phase, V Phase und W Phase des Schaltenergiemoduls 1
angeordnet und wird gleichzeitig mit den Schrauben 22
befestigt und elektrisch verbunden.
Die Packung des Schaltenergiemoduls 1 ist aus folgenden
Teilen konstruiert: Ein Harzschaltenergiemodul-Gehäuse 13,
das mit der DC Eingangsverdrahtung 10p, 10n für die positive
Elektrode (P) und die negative Elektrode (N), der AC
Ausgangsverdrahtung 11 für die U Phase, V Phase und W Phase
und der Ansteuerschaltungsplatten-Verbindungsverdrahtung 12
inert-geformt ist; und einer Schaltenergiemodul-Basisplatte
14. Ferner sind eine Isolationsplatte 15, wie eine
Keramikplatte und dergleichen, die mit Schaltelementen 2 und
Freilaufdioden 3 bestückt ist, und eine
Ansteuerschaltungsplatte 18 (nicht gezeigt), die mit dem
Ansteuerschaltungsabschnitt 5 beladen ist, in der Verpackung
des Schaltenergiemoduls 1 aufgenommen.
Die Schaltelemente 2 und die Freilaufdioden 3 sind mit einem
Bondungselement, beispielsweise einem Lötmittel und
dergleichen, auf der Schaltenergiemodul-Basisplatte 14 über
die Isolationsplatte 15, die ein Leitermuster aufweist,
befestigt. Die Schaltelemente 2 und Freilaufdioden 3 sind mit
der DC Eingangsverdrahtung 10p, 10n der positiven Elektrode
(P) und der negativen Elektrode (N), der AC
Ausgangsverdrahtung 11 für die U Phase, V Phase und W Phase
und der Ansteuerschaltungsplatten-Verbindungsverdrahtung 12
mit Hilfe eines Verbindungsleiters 16, beispielsweise einer
Drahtbondierung und dergleichen, verbunden. Ferner sind die
Ansteuerschaltungsplatte 18 und die
Ansteuerschaltungsplatten-Verdrahtungsverbindung 12
elektrisch mit einem Lötmittel oder dergleichen verbunden.
Ein Gel-Füller 17 ist zwischen die Isolationsplatte 15 und
die Ansteuerschaltungsplatte 18 gefüllt und es gibt auch
Fälle, bei denen ein Harz, beispielsweise ein Epoxidharz und
dergleichen, ferner darauf gefüllt wird. Ferner schützt
dieser Gel-Füller 17 die Schaltelemente 2, die Freilaufdioden
3 und den Verbindungsleiter 16, um so zu verhindern, dass die
Schaltelemente aufgrund von Staub und Feuchtigkeit beschädigt
werden oder eine Fehlfunktion ausführen.
Die Oberfläche der Ansteuerschaltungsplatte 18 auf der Seite
der Isolationsplatte 15 ist allgemein Beta-geerdet, um einen
elektromagnetisch abgeschirmten Effekt so zu erhalten, so
dass der Ansteuerschaltungsabschnitt 5 aufgrund des
Schaltrauschens, welches von den Schaltelementen 2 während
einer Energieumwandlung erzeugt wird, keine Fehlfunktion
ausführt.
Ferner ist ein Kühlelement 24 zum Kühlen der Schaltelemente 2
mit Hilfe einer Luftkühlung, Wasserkühlung, Ölkühlung und
dergleichen an dem Gehäuse 23 angebracht und Joule-Wärme, die
von den Schaltelementen 2 erzeugt wird, wird an das
Kühlelement 24 über die Isolationsplatte 25 und die
Schaltenergiemodul-Basisleiterplatte 14 abgeleitet. Somit
werden die Schaltelemente gekühlt. Ferner sind ausführliche
Zeichnungen der Anbringungsposition und des
Befestigungsverfahrens einer Steuerschaltungsplatte
weggelassen worden.
Der Glättungskondensator 107 muß eine ausreichend große
elektrostatische Kapazität aufweisen, weil er die Leistung
der DC Energiequelle, die an die Schaltelemente 2 geliefert
werden soll, glättet. Demzufolge weist er eine große Größe
auf. Wenn ein Aluminium-Elektrolytkondensator als der
Glättungskondensator 107 verwendet wird, wird die intern
erzeugte Wärme des Glättungskondensators 107 durch eine
Welligkeitsspannungs-Schwankung des Gleichstroms, die während
eines Schaltvorgangs auftritt, erhöht, da der innere
Widerstand des Glättungskondensators 107 hoch ist.
Um diese erzeugte Wärme zu unterdrücken, muß der Aufbau des
Schaltenergiemoduls 1 kompliziert werden, indem der
Glättungskondensator 107 mit dem Kühlelement 24 gekühlt wird,
oder die elektrostatische Kapazität muß weiter erhöht werden.
Demzufolge weisen herkömmliche Wechselstromgeneratoren einen
Nachteil dahingehend auf, dass das Oberflächengebiet und das
Volumen des Glättungskondensators 107 groß sind, was somit
die Größe der gesamten Vorrichtung erfüllt.
Ferner weisen Aluminium-Elektrolytkondensatoren Nachteile
dahingehend auf, dass sie einen schmaleren
Betriebstemperaturbereich und eine kurze Lebensdauer aufgrund
eines Elektrolytlecks, welches eine schlechte Abdichtung
begleitet, aufweisen.
Da das Oberflächengebiet und das Volumen des
Glättungskondensators 107 groß sind, besteht ferner ein
Nachteil dahingehend, dass eine elektrische Verdrahtung zum
Verbinden des Schaltenergiemoduls 1 und des
Glättungskondensators 107 lang sein müssen. Somit steigt die
Verdrahtungsinduktivität zwischen den Schaltelementen 2 und
dem Glättungskondensator 107 an und, weil eine Gefahr
dahingehend besteht, dass die Schaltelemente 2 durch eine
große Stoßspannung beschädigt werden, die während eines
Schaltvorgangs auftritt, müssen Dämpfungskondensatoren 4 in
der Nähe der DC Eingangsverdrahtung 10n für die positive
Elektrode (P) und die negative Elektrode (N) und einer AC
Ausgangsverdrahtung 11 für die U Phase, V Phase und W Phase
des Schaltenergiemoduls 1 vorgesehen werden.
Ferner wird in dem herkömmlichen Schaltenergiemodul 1 die
Oberfläche der Anteuerschaltungs-Leiterplatte 18 auf der
Seite der Schaltelemente 2 magnetisch mit Hilfe eines Beta-
Erdungsverfahrens und dergleichen abgedichtet, um so eine
Fehlfunktion des Ansteuerschaltungsabschnitts 5 aufgrund von
Strahlungsrauschen, welches von den Schaltelementen 2 erzeugt
wird, zu verhindern, so dass eine Randbedingung dahingehend
besteht, dass Komponenten nur auf einer Seite der
Ansteuerschaltungsplatte 18 angebracht werden können.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Lösung der
voranstehend erwähnten Probleme ab und eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kleinen höchst
zuverlässigen Wechselstromgenerator bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Wechselstromgenerator zum Umwandeln von Gleichstrom in
Wechselstrom vorgesehen, umfassend: ein Schaltenergiemodul
mit einem Schaltelement zum Umwandeln von Leistung durch
einen Schaltvorgang, einen Ansteuerschaltungsabschnitt zum
Ansteuern des Schaltelements und ein Harzgehäuse zur Aufnahme
des Schaltelements; einen Glättungskondensator zum Glätten
eines Leistungsausgangs einer DC Energiequelle, der an das
Schaltelement angelegt wird; einen Steuerschaltungsabschnitt
zum Ausgeben eines Steuersignals an den
Ansteuerschaltungsabschnitt für einen Steuerbetrieb des
Schaltelements; und ein Kühlelement zum Kühlen des
Schaltelements, wobei ein Keramikkondensator als der
Glättungskondensator verwendet wird und eine
Glättungskondensatorplatte zum Anbringen des
Glättungskondensators in dem Schaltenergiemodul zwischen
einer Isolierungsplatte zum Anbringen des Schaltelements und
einer Ansteuerschaltungsplatte zum Anbringen des
Ansteuerschaltungsabschnitts vorgesehen ist, und die
Glättungskondensatorplatte auch als eine elektromagnetische
Abschirmungsplatte zum Schützen des
Ansteuerschaltungsabschnitts vor einem Schaltrauschen von dem
Schaltelement dient.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind
der Glättungskondensator und die Glättungskondensatorplatte
elektrisch über ein Glättungskondensator-Anbringungselement
mit einem flexiblen Zuleitungsabschnitt verbunden.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung ist der
Glättungskondensator mit der Glättungskondensatorplatte mit
Hilfe eines Glättungskondensator-Befestigungselements
befestigt, welches aus einem Material mit guten
Wärmeleiteigenschaften gebildet ist.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Schaltungsaufbaus eines
Wechselstromgenerators gemäß der Ausführungsform 1
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenaufrißansicht teilweise im Querschnitt
eines Schaltungsaufbaus eines
Wechselstromgenerators gemäß der Ausführungsform 1
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Seitenaufrißansicht, die den angebrachten
Zustand eines Dämpfungskondensators gemäß der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Ansicht entlang der Richtung des Pfeils IV in
Fig. 3;
Fig. 5 eine Ansicht entlang der Richtung des Pfeils V in
Fig. 3;
Fig. 6 eine Seitenaufrißansicht, die eine andere
Konfiguration eines Zuführungsabschnitts eines
Dämpfungskondensator-Anbringungselements zeigt;
Fig. 7 eine Ansicht entlang der Richtung des Pfeils VII in
Fig. 6;
Fig. 8 eine Ansicht entlang der Richtung des Pfeils VIII
in Fig. 6;
Fig. 9 eine Seitenaufrißansicht, die noch eine andere
Konfiguration eines Zuführungsabschnitts eines
Dämpfungskondensator-Anbringungselements zeigt;
Fig. 10 eine Ansicht entlang der Richtung eines Pfeils X in
Fig. 9;
Fig. 11 eine Ansicht entlang der Richtung des Pfeils XI in
Fig. 9;
Fig. 12 ein Blockschaltbild, das den Schaltungsaufbau eines
herkömmlichen Wechselstromgenerators zeigt;
Fig. 13 eine Seitenaufrißansicht teilweise im Querschnitt,
die den internen Aufbau eines gebräuchlichen
herkömmlichen Wechselstromgenerators zeigt.
Als nächstes wird eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert. Obwohl die folgende Erläuterung den Fall
beschreibt, bei dem ein Wechselrichter zum Ansteuern eines
Dreiphasenmotors und dergleichen verwendet wird, kann die
vorliegende Erfindung auf irgendeinen Typ von
Wechselstromgenerator angewendet werden. Ferner werden
ähnliche Bezugszeichen für ähnliche Elemente wie diejenigen
in dem voranstehend erwähnten Stand der Technik sind, und die
wiederholte Beschreibung davon wird weggelassen werden.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Schaltungsaufbaus eines
Wechselstromgenerators gemäß der Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung. Im Gegensatz zu dem in Fig. 12
gezeigten herkömmlichen Beispiel ist in der
Schaltungskonstruktion der Fig. 1 ein Dämpfungskondensator 7
von einem Aluminium-Elektrolytkondensator auf einen
Keramikkondensator geändert, der Glättungskondensator 7 ist
in ein Energieschaltmodul 1 geladen, ein Dämpfungskondensator
4 ist weggelassen und ferner ist ein
Steuerschaltungsabschnitt 6 in das Schaltenergiemodul 1
geladen.
Fig. 2 ist eine Seitenaufrißansicht teilweise im Querschnitt
einer Schaltungskonstruktion eines Wechselstromgenerators
gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Im
Gegensatz zu dem in Fig. 12 gezeigten herkömmlichen Beispiel
sind in Fig. 2 Schrauben 22 und eine Verteilungsplatte 21,
die ein herkömmliches Schaltenergiemodul 1 und einen
Glättungskondensator 7 verbindet, weggelassen und eine
Dämpfungskondensatorplatte 20 ist ebenfalls beseitigt.
Andererseits ist eine Glättungskondensatorplatte 25 zum
Anbringen des Glättungskondensators 7, die ebenfalls als eine
elektromagnetische Abschirmungsplatte dient, in dem
Schaltenergiemodul 1 hinzugefügt. Da ein
Steuerschaltungsabschnitt 6 zusammen mit einem
Ansteuerschaltungsabschnitt 5 auf beiden Seiten einer
Ansteuerschaltungsplatine oder -platte 18 angebracht ist, um
als eine Wechselstromgenerator-Steuerplatte integriert zu
werden, ist die Steuerschaltungsplatte 19 des herkömmlichen
Beispiels nicht erforderlich.
Ein Allzweck-Keramikkondensator für eine
Oberflächenanbringung wird als der Glättungskondensator 7
verwendet. Eine Vielzahl von Keramikkondensatoren werden
linear verbunden, um eine Kapazität sicherzustellen, die zum
Glätten einer DC Energiequelle erforderlich ist. Eine
Vielzahl von Keramikkondensatoren sind auf einer
Seitenoberfläche der Isolationsplatine 15 der
Glättungskondensatorplatte 25 angebracht.
Die Keramikkondensatoren weisen einen internen Widerstand und
eine interne Induktivität auf, die ungefähr ein Zehntel von
demjenigen/derjenigen von Aluminium-Elektrolytkondensatoren
ist. Dies ist das Merkmal, welches ermöglicht, dass die
Kapazität im Vergleich mit herkömmlichen Aluminium-
Elektrolytkondensatoren um ein derartig großes Maß verringert
werden kann. Da ferner ein festes Dielektrikum verwendet
wird, besteht keine Gefahr eines Elektrolytlecks, welches im
Zusammenhang mit einer schlechten Abdichtung steht, und somit
ist die Wartungslebensdauer lang.
Der interne Widerstand von Aluminium-Elektrolytkondensatoren
ist herkömmlicherweise ferner hoch und somit muß die
Kapazität erhöht werden, um erzeugte Wärme in dem Kondensator
selbst zu unterdrücken. Durch Verwendung von
Keramikkondensatoren kann jedoch der Wechselstromgenerator
mit einer kleinen Größe und hohen Zuverlässigkeit realisiert
werden.
Ferner kann die Verdrahtungsinduktivität zwischen den
Schaltelementen 2 und dem Glättungskondensator 7 durch
Einbauen des Glättungskondensators 7 in das
Schaltenergiemodul 1 verringert werden. Durch Verwendung
eines Keramikkondensators mit guten Frequenzcharakteristiken
als den Glättungskondensator 7 kann der Dämpfungskondensator
4 und die Dämpfungskondensatorplatte 20, die
herkömmlicherweise benötigt wurden, weggelassen werden, weil
eine während eines Schaltvorgangs erzeugte Stoßspannung in
der Nähe der Schaltelemente 2 unterdrückt werden kann.
Abgesehen von Keramikkondensatoren weisen auch
Filmkondensatoren einen kleinen internen Widerstand und gute
Frequenzcharakteristiken auf und verwenden ein festes
Dielektrikum. Trotzdem weisen Filmkondensatoren einen
schmalen Betriebstemperaturbereich auf, wobei die obere
Grenze davon allgemein 105°C ist, wobei diejenige von
Keramikkondensatoren normalerweise 125°C ist. Somit werden
sie nicht leicht in Hochtemperatur-Betriebsumgebungen, wie
bei Kraftfahrzeugen und dergleichen, verwendet.
Ferner weisen Filmkondensatoren allgemein eine kleinere
Kapazität pro Einheitsvolumen als Keramikkondensatoren auf.
Selbst wenn die Kapazität die gleiche ist, ist ferner deren
Größe größer.
Ferner ist ein Wechselrichter, der einen Keramikkondensator
verwendet, bereits in dem japanischen offengelegten Patent
mit der Nr. 10-304680 offenbart. Jedoch unterscheidet sich
die vorliegende Erfindung vollständig von dem herkömmlichen
Beispiel darin, dass die Glättungskondensatorplatte 25 (die
nachstehend beschrieben wird) auch als eine
elektromagnetische Abschirmungsplatte dient und eine
Kühleinrichtung (später beschrieben) zum Kühlen der Wärme,
die von dem Glättungskondensator selbst erzeugt wird, auch
enthalten ist.
Wenn eine Komponente für eine Oberflächenanbringung, die
keinen Zuleitungsdraht aufweist, wie ein Chipwiderstand oder
ein Keramikkondensator, direkt auf einer Platte angebracht
wird, tritt allgemein an der Verbindungsstelle zwischen der
Komponente und der Platte aufgrund einer thermischen
mechanischen Spannung, die durch die Differenz zwischen den
thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Komponente und der
Platte erzeugt wird, auf. Wenn eine große Komponente für eine
Oberflächenanbringung direkt auf der Platte angebracht wird,
tritt insbesondere eine große mechanische Spannung an der
Verbindungsstelle zwischen der Komponente und der Platte auf
und es besteht eine große Möglichkeit, dass sich ein Sprung
an der Verbindungsstelle entwickeln wird, um einen
Kontaktfehler zu verursachen.
Wenn somit in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ein großer Keramikkondensator mit einer großen Kapazität für
den Glättungskondensator 7 verwendet wird, wie sich deutlich
den Fig. 3 bis 5 entnehmen läßt, wird ein
Glättungskondensator-Anbringungselement 26 an einem
Elektrodenabschnitt des Keramikkondensators angebracht und
der Keramikkondensator wird auf der
Glättungskondensatorplatte 25 in einem elektrisch verbundenen
Zustand über das Glättungskondensator-Anbringungselement 26
angebracht.
Das Glättungskondensator-Anbringungselement 26 weist einen
Zuleitungsabstand 26a auf, der in einer gekrümmten Form
ausgebildet ist, so dass er eine Flexibilität aufweist. Der
Kontaktabschnitt des Zuleitungsabschnitts 26a für die
Glättungskondensatorplatte 25 ist mit einem Bondungselement,
wie Lötmittel oder dergleichen, elektrisch verbunden.
Demzufolge wird eine thermische mechanische Spannung, die
aufgrund des Unterschieds zwischen den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Keramikkondensators und der
Glättungskondensatorplatte 25 erzeugt wird, von dem
Zuleitungsabschnitt 26a des Glättungskondensator-
Anbringungselement 26 absorbiert. Demzufolge besteht eine
geringe Möglichkeit dahingehend, dass sich ein Sprung an der
Verbindungsstelle entwickelt, um einen Kontaktfehler zu
verursachen.
Ferner kann der Zuleitungsabschnitt des Glättungskondensator-
Anbringungselements 26 irgendeine Form aufweisen, so wie
diejenige des Zuleitungsabschnitts 26b, der in den Fig. 6 bis
8 gezeigt ist, oder der Zuleitungsabschnitt 26c, der in den
Fig. 9 bis 11 gezeigt ist, vorausgesetzt, dass er die
thermische mechanische Spannung absorbieren kann, die durch
den Unterschied zwischen den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Keramikkondensators und der
Glättungskondensatorplatte 25 erzeugt wird.
Wenn ferner in der vorliegenden Ausführungsform ein großer
Keramikkondensator, an dem das Glättungskondensator-
Anbringungselement 26 angebracht ist, wie das dasjenige,
welches voranstehend beschrieben wird, als der
Glättungskondensator 7 verwendet wird, wird der
Glättungskondensator 7 an der Glättungskondensatorplatte 25
unter Verwendung eines Glättungskondensator-
Befestigungselements, wie dasjenige, das in den Fig. 3 bis 5
gezeigt ist, befestigt, so dass der Zuleitungsdrahtabschnitt
des Glättungskondensator-Anbringungselements 26 aufgrund
einer Vibration nicht gelöst werden wird.
Das Glättungskondensator-Befestigungselement 27 ist aus einem
Material mit guten thermischen Leitungscharakteristiken
gebildet, so dass die erzeugte Wärme des
Glättungskondensators 7 effektiv abgeleitet werden wird.
Ferner entlüftet das Glättungskondensator-Befestigungselement
27 die erzeugte Wärme des Glättungskondensators 7 auf der
Seite der Glättungskondensatorplatte 25.
Der Elektrodenabschnitts-Glättungskondensator 7 und das
Glättungskondensator-Befestigungselement 27 sind über eine
Bondung mit einem Bondungselement wie Lötmittel oder
dergleichen elektrisch verbunden. Ferner wird ein kammartiger
Mehrsegmentabschnitt 27a an einem Bondungsabschnitt des
Glättungskondensator-Befestigungselements 27 gebildet, um
einen Transfer der benötigten Wärme während eines
Bondungsvorgangs zu ermöglichen.
Das Glättungskondensator-Befestigungselement 27 und der
Glättungskondensator 7 werden mit Schrauben 22 befestigt.
Gleichzeitig werden eine Glättungskondensator-
Anbringungsoberfläche der Glättungskondensatorplatte 25 und
ein leitendes Muster, welches mit der DC Eingangsverdrahtung
10n für eine negative Elektrode (N) verbunden ist und die auf
einer Oberfläche an der anderen Seite der Platte gebildet
ist, elektrisch mit den Schrauben 22 verbunden. Gemäß der
obigen Ausführungen kann das Glättungskondensator-
Befestigungselement 27 und die Schrauben 22 effektiv
verwendet werden, weil sie verwendet werden, um die Elektrode
des Glättungskondensators 7 und die DC Eingangsverdrahtung
10n für die negative Elektrode (N) zu verbinden.
Die Glättungskondensatorplatte 25 trägt den
Glättungskondensator 7, der ein Keramikchip-Kondensator ist,
der allgemein als eine Komponente für eine
Oberflächenanbringung verwendet wird, während sie
gleichzeitig als eine elektromagnetische Abschirmungsplatte
dient, die verhindert, dass Strahlungsrauschen, das von den
Schaltelementen 2 erzeugt wird, an den
Ansteuerschaltungsabschnitt 5 übertragen wird.
Insbesondere wird ein elektromagnetisch abgedichteter Effekt
durch eine Beta-Erdung über die gesamte Anbringungsoberfläche
des Glättungskondensators 7 der Glättungskondensatorplatte 25
und der Basisoberfläche der gegenüberliegenden Seite davon
erzeugt. Das Material für die Glättungskondensatorplatte 25
kann zum Beispiel eine Glasepoxidplatte mit einer Kupferfolie
sein, aber irgendein anderes Material ist akzeptabel,
vorausgesetzt, dass es ermöglicht, dass der
Glättungskondensator 7 angebracht wird, und dass es ein
Schaltrauschen abblocken kann, um eine Fehlfunktion des
Ansteuerschaltungsabschnitts 5 zu verhindern.
Wie ebenfalls in dem herkömmlichen Beispiel beschrieben,
besteht bei einem herkömmlichen Schaltenergiemodul 1 eine
Randbedingung darin, dass Komponenten nur auf einer
Oberfläche der Ansteuerschaltungsplatte 18 angebracht werden
können, weil eine Abschirmung durch ein Verfahren wie eine
Beta-Erdung der Oberfläche der Ansteuerschaltungsplatte 18
auf der Seite der Schaltelement 2 zum Verhindern einer
Fehlfunktion des Ansteuerschaltungsabschnitts 5 aufgrund von
Strahlungsrauschen, das von den Schaltelementen 2 erzeugt
wird, ausgeführt wird.
Jedoch wird in der vorliegenden Erfindung die oben erwähnte
Randbedingung beseitigt und es wird möglich, Komponenten auf
beiden Seiten der Ansteuerschaltungsplatte 18 anzubringen,
indem die Glättungskondensatorplatte 25 als eine
elektromagnetische Abschirmungsplatte arbeitet. Da nicht nur
der Ansteuerschaltungsabschnitt 5, sondern auch der
Steuerabschnitt 6 als integrierter Schaltungsaufbau
ausgebildet sein kann, kann der Wechselstromgenerator eine
verringerte Größe und eine hohe Funktionalität aufweisen.
Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung eine speziell
vorgesehene Verdrahtung zum Verbinden der
Glättungskondensatorplatte 25 für die DC Eingangsverdrahtung
10b, 10n für die positive Elektrode (P) bzw. die negative
Elektrode (N) vorgesehen und ferner werden die
Glättungskondensatorplatte 25 und die Eingangsverdrahtung
10p, 10n für die positive Elektrode (P) bzw. die negative
Elektrode (N) mit Schrauben 22 verbunden, die auch zum
Befestigen der Glättungskondensatorplatte 25 dienen. Somit
kann die Verbindung effizient, einfach und zuverlässig
gemacht werden.
Wenn ein großer Abstand zwischen der DC Energiequelle 8 und
dem Wechselstromgenerator aufgrund der Vorgehensweise
existiert, in der das System organisiert ist, oder wenn ein
regenerativer Strom di/dt einer AC Last 9 erhöht werden muß,
muß die Kapazität des Glättungskondensators 7 ferner erhöht
werden. In Fällen wie diesen ist es möglich, einen großen
Kapazitätsglättungseffekt durch Anbringen eines zusätzlichen
Glättungskondensators an einem externen Zuleitungsanschluß
der DC Eingangsverdrahtung 10p, 10n für die positive
Elektrode (P) und die negative Elektrode (N) in dem
Schaltmodul 1 anzubringen. Hierbei ist der
Glättungskondensator, der an dem externen Zuleitungsanschluß
der DC Eingangsverdrahtung 10p, 10n für die positive
Elektrode (P) die negative Elektrode (N) in dem Schaltmodul 1
angebracht ist, nicht auf einen Keramikkondensator
beschränkt.
Der Glättungskondensator 7 erzeugt Wärme aufgrund eines
Welligkeitsstroms, der während eines Schaltvorgangs auftritt.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Keramikkondensator mit
einem kleinen inneren Widerstand für den Glättungskondensator
7 verwendet. Somit wird weniger Wärme von dem Kondensator
selbst als in dem herkömmlichen Beispiel erzeugt. Trotzdem
ist die Betriebstemperaturtoleranz eng, wenn eine Verwendung
in Hochtemperaturumgebungen wie Kraftfahrzeugen und
dergleichen durchgeführt wird. Somit ist es erforderlich, die
Kapazität des Glättungskondensators 7 weiter zu erhöhen oder
eine Kühlung mit irgendeiner Art von Einrichtung auszuführen,
um die selbst erzeugte Wärme zu unterdrücken.
Der vorliegenden Ausführungsform dient als Kühleinrichtung
ein Gel-Füllmaterial 17, welches zwischen die
Glättungskondensatorplatte 25 und die Isolationsplatte 15 in
dem Schaltenergiemodul 1 gefüllt ist, um die Schaltelemente
2, die Freilaufdiode 3 und den Verbindungsleiter 16 zu
schützen. Insbesondere wird der Glättungskondensator durch
Übertragen der Joule-Wärme, die aufgrund der selbst erzeugten
Wärme des Glättungskondensators 7 auftritt, an das
Kühlelement 24 zum Kühlen der Schaltelemente 2 in dem
Schaltenergiemodul 1 über das Gel-Füllmaterial 17 gekühlt.
In einem Wechselstromgenerator, der wie voranstehend
angegeben aufgebaut ist, ist es möglich, die Größe des
Glättungskondensators zu verringern, weil der
Keramikkondensator als der Glättungskondensator 7 verwendet
wird und der Glättungskondensator 7 auch in das
Schaltenergiemodul 1 geladen ist. Da es ferner möglich ist,
die Verteilungsplatte und die Schrauben zu beseitigen, die
das herkömmliche Schaltenergiemodul 1 und den extern
verbundenen Glättungskondensator 7 verbunden hatten, kann die
Größe des Wechselstromgenerators stark verringert werden.
Da es ferner möglich ist, eine Stoßspannung zu unterdrücken,
die während eine Schaltvorgangs erzeugt wird, indem der
Glättungskondensator 7 in das Schaltenergiemodul 1 geladen
wird, um die Verdrahtungsinduktivität zwischen den
Schaltelementen 2 und dem Glättungskondensator 7 zu
verringern, und indem der Keramikkondensator mit guten
Frequenzcharakteristiken als der Glättungskondensator 7
verwendet wird, ist es möglich, den Dämpfungskondensator und
die Dämpfungskondensatorplatte zu beseitigen, die
herkömmlicherweise benötigt wurden.
Da ferner eine Durchschlagsspannung der Schaltelemente 2
herabgesetzt werden kann, ist es möglich, die Größe zu
verringern und die Kosten der Schaltelemente 2 herabzusetzen.
Alternativ ist es auch möglich, den steuerbaren Bereich der
AC Last durch Einstellen einer Hochspannung für die DC
Energiequelle zu erweitern.
Noch weiter ermöglicht die Fähigkeit zum Unterdrücken eines
Spannungssprungs in der DC Energiequelle, die
Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen. Somit ist es möglich, einen
Verlust in den Schaltelementen 2 zu verringern, während die
Trägerfrequenz hoch eingestellt wird, um so während eines
Schaltvorgangs eine Steuerbarkeit zu erhöhen und Rauschen zu
unterdrücken.
Durch Verwenden der Glättungskondensatorplatte 25 zum
Anbringen des Glättungskondensators 7 als die
elektromagnetische Abschirmungsplatte zum Schützen des
Ansteuerschaltungsabschnitts 5 und des Steuerabschnitts 6
gegenüber einem Schaltrauschen, wird ferner die
Glättungskondensatorplatte 25 effektiv verwendet und es wird
auch möglich, Komponenten auf beiden Seiten der
Ansteuerschaltungsplatte 18 anzubringen. Da ferner die Größe
der Ansteuerschaltungsplatte 18 verringert wird und der
Ansteuerschaltungsabschnitt 5 und der Steuerabschnitt 6 als
ein integrierter Schaltungsaufbau zusammengefaßt werden
können, kann die Funktionalität erhöht werden.
Ferner ist in einem Wechselstromgenerator, der wie oben
strukturiert ist, das Glättungskondensator-Anbringungselement
26 an dem Elektrodenabschnitt des großen keramischen
Glättungskondensators vorgesehen. Deshalb wird die thermische
mechanische Spannung, die aufgrund des Unterschieds zwischen
den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Komponente und
der Platte erzeugt wird, von dem Zuleitungsabschnitt 26a des
Glättungskondensator-Anbringungselements 26 absorbiert und es
besteht eine geringe Möglichkeit, dass sich ein Sprung an der
Verbindungsstelle entwickeln wird, um einen Kontaktfehler zu
verursachen, und eine Zuverlässigkeit wird erhöht.
Da ferner die Elektrode des Glättungskondensators 7 und das
Leitungsmuster auf der Glättungskondensatorplatte 25, die mit
der DC Eingangsverdrahtung 10n der negativen Elektrode (N)
verbunden ist, mit dem Glättungskondensator-
Befestigungselement 27 und Schrauben 22 verbunden sind,
werden das Glättungskondensator-Befestigungselement 27 und
die Schrauben 22 effektiv verwendet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Wechselstromgenerator zum Umwandeln von Gleichstrom in
Wechselstrom vorgesehen, umfassend: ein Schaltenergiemodul
mit Schaltelementen zum Umwandeln von Leistung durch einen
Schaltvorgang, einem Ansteuerschaltungsabschnitt zum
Ansteuern des Schaltelements und einem Harzgehäuse zur
Aufnahme des Schaltelements; einen Glättungskondensator zum
Glätten eines Energieausgangs einer DC Energiequelle, der an
das Schaltelement geliefert wird; einen
Steuerschaltungsabschnitt zum Ausgeben eines Steuersignals an
den Ansteuerschaltungsabschnitt für einen Steuerbetrieb des
Schaltelements; und ein Kühlelement zum Kühlen des
Schaltelements, wobei ein Keramikkondensator als der
Glättungskondensator verwendet wird und eine
Glättungskondensatorplatte zum Anbringen des
Glättungskondensators in dem Schaltenergiemodul zwischen
einer Isolierungsplatte zum Anbringen des Schaltelements und
einer Ansteuerschaltungsplatte zum Anbringen des
Ansteuerschaltungsabschnitts vorgesehen ist und die
Glättungskondensatorplatte auch als eine elektromagnetische
Abschirmungsplatte zum Schützen des
Ansteuerschaltungsabschnitts gegenüber Schaltrauschen von dem
Schaltelement arbeitet. Somit ist es möglich, die Größe des
Glättungskondensators zu verringern, weil der
Keramikkondensator als der Glättungskondensator verwendet
wird und der Glättungskondensator auch in das
Schaltenergiemodul geladen ist. Durch Verwenden der
Glättungskondensatorplatte zum Anbringen des
Glättungskondensators als die elektromagnetische
Abschirmungsplatte zum Schützen des
Ansteuerschaltungsabschnitts und des Steuerabschnitts
gegenüber einem Schaltrauschen, wird ferner die
Glättungskondensatorplatte effektiv verwendet und es wird
auch möglich, Komponenten auf beiden Seiten der
Ansteuerschaltungsplatte anzubringen, die Größe der
Ansteuerschaltung kann verringert werden und der
Ansteuerschaltungsabschnitt und der Steuerschaltungsabschnitt
können als ein integrierter Schaltungsaufbau zusammengefaßt
werden, so dass der Wechselstromgenerator eine verringerte
Größe und eine hohe Funktionalität aufweisen kann.
Ferner werden der Glättungskondensator und die
Glättungskondensatorplatte über ein Glättungskondensator-
Anbringungselement mit einem flexiblen Zuleitungsabschnitt
elektrisch verbunden. Somit wird die thermische mechanische
Spannung, die aufgrund des Unterschieds zwischen den
thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Glättungskondensators und der Glättungskondensatorplatte
erzeugt wird, durch den flexiblen Zuleitungsabschnitt
absorbiert und somit besteht eine sehr geringe Möglichkeit,
daß sich ein Sprung an dem Verbindungsabschnitt des
Glättungskondensators und der Glättungskondensatorplatte
entwickelt, um einen Kontaktfehler zu verursachen.
Ferner ist der Glättungskondensator an der
Glättungskondensatorplatte mit Hilfe eines
Glättungskondensator-Befestigungselements befestigt, welches
aus einem Material mit guten Wärmeleiteigenschaften gebildet
ist. Deshalb entlüftet das Glättungskondensator-
Befestigungselement Wärme, die von dem Glättungskondensator
erzeugt wird, an die Seite der Glättungskondensatorplatte und
die Zuverlässigkeit des Wechselstromgenerators wird
verbessert.
Claims (3)
1. Wechselstromgenerator zum Umwandeln von Gleichstrom in
Wechselstrom, umfassend:
ein Schaltenergiemodul (1) mit Schaltelementen (2) zum Umwandeln von Energie durch einen Schaltvorgang, einem Ansteuerschaltungsabschnitt zum Ansteuern des Schaltelements (2) und einem Harzgehäuse (13) zur Aufnahme des Schaltelements (2);
einen Glättungskondensator (7) zum Glätten einer Energieausgabe einer DC Energiequelle, die an das Schaltelement (2) geführt wird;
einen Steuerschaltungsabschnitt (6) zum Ausgeben eines Steuersignals an den Ansteuerschaltungsabschnitt (5) für einen Steuerbetrieb des Schaltelements (2); und
ein Kühlelement (24) zum Kühlen des Schaltelements, wobei
ein Keramikkondensator für den Glättungskondensator verwendet wird und eine Glättungskondensatorplatte (25) zum Anbringen des Glättungskondensators (7) in dem Schaltenergiemodul zwischen einer Isolationsplatte zum Anbringen des Schaltelements (2) und einer Ansteuerschaltungsplatte zum Anbringen des Ansteuerschaltungsabschnitts (5) vorgesehen ist und die Glättungskondensatorplatte (25) auch als eine elektromagnetische Abschirmungsplatte zum Schützen des Ansteuerschaltungsabschnitts (5) gegenüber einem Schaltrauschen von dem Schaltelement dient.
ein Schaltenergiemodul (1) mit Schaltelementen (2) zum Umwandeln von Energie durch einen Schaltvorgang, einem Ansteuerschaltungsabschnitt zum Ansteuern des Schaltelements (2) und einem Harzgehäuse (13) zur Aufnahme des Schaltelements (2);
einen Glättungskondensator (7) zum Glätten einer Energieausgabe einer DC Energiequelle, die an das Schaltelement (2) geführt wird;
einen Steuerschaltungsabschnitt (6) zum Ausgeben eines Steuersignals an den Ansteuerschaltungsabschnitt (5) für einen Steuerbetrieb des Schaltelements (2); und
ein Kühlelement (24) zum Kühlen des Schaltelements, wobei
ein Keramikkondensator für den Glättungskondensator verwendet wird und eine Glättungskondensatorplatte (25) zum Anbringen des Glättungskondensators (7) in dem Schaltenergiemodul zwischen einer Isolationsplatte zum Anbringen des Schaltelements (2) und einer Ansteuerschaltungsplatte zum Anbringen des Ansteuerschaltungsabschnitts (5) vorgesehen ist und die Glättungskondensatorplatte (25) auch als eine elektromagnetische Abschirmungsplatte zum Schützen des Ansteuerschaltungsabschnitts (5) gegenüber einem Schaltrauschen von dem Schaltelement dient.
2. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Glättungskondensator und die
Glättungskondensatorplatte über ein
Glättungskondensator-Anbringungselement (26) mit einem
flexiblen Zuleitungsabschnitt (26a, 26b, 26c) elektrisch
verbunden sind.
3. Wechselstromgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Glättungskondensator an der
Glättungskondensatorplatte mit Hilfe eines
Glättungskondensator-Befestigungselements (27) befestigt
ist, welches aus einem Material mit guten
Wärmeleitungseigenschaften gebildet ist.
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