DE10155447A1 - Gleichrichtereinheit für einen Fahrzeugwechselstromgenerator - Google Patents

Abstract

Eine Gleichrichtereinheit (6) eines Fahrzeugwechselstromgenerators besteht aus einer Vielzahl von Metallgehäusen (121), einer Vielzahl von Paaren aus ersten und zweiten Halbleiterbauteilen (123a, 123b) und einer Vielzahl von Paaren aus ersten und zweiten Leitungsdrähten (130a, 130b). Die ersten Leitungsdrähte sind jeweils mit den ersten Halbleiterbauteilen verbunden, und die zweiten Leitungsdrähte sind mit den zweiten Halbleiterbauteilen verbunden. Jedes Paar von ersten und zweiten Halbleiterbauteilen ist in einem der Metallgehäuse angeordnet. Die ersten Leitungsdrähte sind miteinander zum Ausbilden einer ersten Gleichrichterschaltung (6a) verbunden und die zweiten Leitungsdrähte sind zum Ausbilden einer zweiten Gleichrichterschaltung (6b) verbunden. Daher kann die Anzahl an Teilen zum Verbinden der Gleichrichterschaltungen ohne dem Vorsehen einer komplizierten Isolationsanordnung verringert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleichrichtereinheit eines Fahrzeugwech­ selstromgenerators für einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder derglei­ chen.

Es ist bekannt, daß ein Fahrzeugwechselstromgenerator mit einer Gleich­ richtereinheit versehen ist, der ein Paar von Dreiphasen-Vollweg- Gleichrichterschaltungen enthält. Beispielsweise besteht eine Gleichrichtereinheit aus einer Wärmesenke auf der Plusseite (positivseitig) und einer Wärmesenke auf der Mi­ nusseite (negativseitig). Jede Wärmesenke weist sechs Dioden auf, die darauf fest ange­ paßt oder gelötet sind. Die positivseitigen und die negativseitigen Wärmesenken werden durch eine Schraube an einen Rahmen des Wechselstromgenerators mit einem zwischen dem Paar von Wärmesenken dazwischenliegenden Isolationsteil befestigt. Da jedoch dieser Typ der Gleichrichtereinheit zwölf Dioden aufweist, ist die Anzahl der Teile und Herstellungsschritte relativ groß. Ebenso ist es schwierig, die Größe des Wechselstrom­ generators kompakt zu gestalten.

JP-A8-205498 und JP-A-7-231656 schlagen einen Metallkasten bzw. ein Metall­ gehäuse vor, das die zwei Halbleiterbauteilen bzw. -bauteile aufnimmt, die zueinander unterschiedliche Polaritäten besitzen, um die Anzahl der Teile und die Größe des Wech­ selstromgenerators zu verringern. Jedoch benötigen die zwei Halbleiterbauteile mit zu­ einander unterschiedlicher Polarität in einem Metallgehäuse eine zusätzliche teuere Struktur zum Isolieren der Bauteile und zum Unterscheiden der Polaritäten der Halblei­ terbauteile.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Gleichrichtereinheit ei­ nes Fahrzeugwechselstromgenerators zu schaffen, die kompakt und billig ist.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung, enthält eine Gleichrichtereinheit eines Fahrzeugwechselstromgenerators eine Vielzahl von Metallgehäusen, ein Paar von ersten und zweiten Halbleiterbauteilen, die jeweils mit zueinander gleicher Polarität in jedem der Metallgehäuse angeordnet sind, ein Paar von ersten und zweiten Leitungsdrähten, die mit dem Paar von ersten und zweiten Halbleiterbauteilen verbunden sind, und eine erste Gleichrichterschaltung, die mit dem ersten Leitungsdraht verbunden ist, und eine zweite Gleichrichterschaltung, die mit dem zweiten Leitungsdraht verbunden ist.

Daher ist die Anzahl an Metallgehäusen ohne Vorsehen einer komplizierten Isola­ tionsanordnung verringert, so daß die Herstellungsschritte und -kosten verringert wer­ den können.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung enthält die Gleichrichtereinheit ferner eine Vielzahl von Isolationsteilen. Das Isolationsteil ist in jedem Metallgehäuse zwischen dem ersten Halbleiterbauteil und dem zweiten Halbleiterbauteil angeordnet.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung, ist ein metallkaschiertes Teil aus einer Kupferschicht, Eisen-Nickelschicht und Kupferschicht zwischen dem Paar von Halbleiterbauteilen und dem Boden des Metallgehäuses angeordnet.

Daher verringert das metallkaschierte Teil eine Belastung bzw. Streß, die bzw. der durch eine Differenz in der Wärmeausdehnung zwischen der Lötschicht und einem Paar von Halbleiterbauteilen verursacht wird.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung, kann die Gleichrichtereinheit fer­ ner ein Paar von Wärmesenken mit einer Vielzahl von Montageöffnungen enthalten. Jedes Metallgehäuse weist eine gerändelte äußere Oberfläche auf, die mit einer der Montageöffnungen der Wärmesenken eingepreßt wird.

Andere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, ebenso wie die Funktionen der betroffenen Teile der vorliegenden Erfindung, werden aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Ansprü­ che und der Zeichnung ersichtlich. Es zeigt:

Fig. 1 eine Übersicht eines Fahrzeugwechselstromgenerators einschließlich ei­ ner Gleichrichtereinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Gleichrichtereinheit gemäß der bevorzugten Aus­ führungsform;

Fig. 3 eine Querschnittseitenansicht eines Paars von Halbleiterbauteilen und eines Metallgehäuses eines Gleichrichterelements der Gleichrichterein­ heit gemäß der bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Äußeren des Gleichrichterelements, das in Fig. 3 gezeigt ist;

Fig. 5 eine Draufsicht, die die Innenseite des Gleichrichterelements darstellt, das in Fig. 4 gezeigt ist;

Fig. 6 ein schematisches Diagramm, das einen Schritt eines Ausbildens des Paars von Halbleiterbauteilen, das in Fig. 3 gezeigt ist, darstellt;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm, das eine Abwandlung des Ausbildungs­ schritts der Halbleiterbauteilen, der in Fig. 6 gezeigt ist, darstellt; und

Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm des in Fig. 1 gezeigten Fahrzeugwechselstrom­ generators.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht ein Fahrzeugwechselstromgenerator 1 mit einer Gleichrichtereinheit 6 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem Stator 2, einem Rotor 3, einem Rahmenpaar 3 und 4, einer Bürsteneinheit 7, ei­ nem Spannungsregler 8, einer rückwärtigen Abdeckung, usw.

Der Stator 2 besteht aus einem Statorkern 22, einem Paar von dreiphasigen Sta­ torwicklungen 23a und 23b und Isolatoren 24, die das Paar der Statorwicklungen 23a und 23b von dem Statorkern 22 isolieren. Die Statorwicklungen 23a und 23b sind derart gewickelt, das sie um einen um einen elektrischen Winkel von 30° zueinander versetzt sind.

Der Rotor 3 weist eine Feldspule 31 und ein Paar von vorderen und rückwärtigen Polkemen bzw. Polschuhen 32 auf. Die Feldspule 31 ist aus einem zylindrisch gewic­ keltem isolationsbeschichtetem Kupferdraht ausgebildet. Das Paar von vorderen und rückwärtigen Polkernen 32 weist jeweils sechs Klauenpole auf und umschließt die Feld­ spule 31 von gegenüberliegenden Enden aus. Der vordere Polkern 32 weist ein vorderes Kühlgebläse 35 auf, das auf seinem vorderen Ende geschweißt ist, und der rückwärtige Polkem 32 weist ein rückwärtiges Kühlgebläse 36 auf, das auf seinem rückwärtigen Ende geschweißt ist. Das vordere Kühlgebläse 35 bläst Luft nach hinten und radial nach außen, und das rückwärtige Kühlgebläse 36 bläst Luft radial nach außen. Ein Paar von Schleifringen 37 und 38 ist auf dem rückwärtigem Endteil der Welle 33 befestigt und elektrisch mit der Feldspule 31 verbunden, so daß die Feldspule 31 mit einem Feldstrom von den Bürsteneinheiten 7 über das Paar von Schleifringen 37 und 38 versorgt werden kann.

Das Paar aus vorderen und rückwärtigen Rahmen 4 und 5 nimmt den Stator 2 und den Rotor 3 darin auf und unterstützt den Stator 2 und den Rotor 3, so daß der Rotor 3 mit der Rotorwelle 33 innerhalb des Stators 2 sich drehen kann. Das Rahmenpaar 4 und 5 weist Luftauslaßöffnungen 41 und 51 an Abschnitten auf, die mit den Abschnitten der Statorwicklung 23a und 23b korrespondieren, die von den gegenüberliegenden axialen Enden des Statorkerns 22 hervorragen, und ebenso Lufteinlaßöffnungen an den gegen­ überliegenden axialen Enden des Rahmenpaars 4 und 5 auf.

Die Gleichrichtereinheit 6 richtet die durch das Paar von dreiphasigen Stator­ wicklungen 23a und 23b erzeugte dreiphasige Wechselstromleistung gleich und sieht einen Gleichstromleistungsausgang vor. Die Gleichrichteinheit 6 besteht aus einem Paar von Gleichrichterschaltungen 6a und 6b.

Die rückwärtige Abdeckung 9 ist an der Außenseite des Rahmens S befestigt, um die Gleichrichtereinheit 6, die Bürsteneinheit 7 und den Spannungsregler 8 abzudec­ ken.

Der Fahrzeugwechselstromgenerator 1 wird durch einen Motor über eine Riemen­ scheibe 20 angetrieben. Wenn der Rotor 3 sich dreht und ein Feldstrom zu der Feldspule 31 zugeführt wird, werden die Paare von Polkerne 32 mit den Klauenpolen erregt, so daß die Statorwicklungen 23a und 23b eine dreiphasige Wechselstromleistung erzeugen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht die Gleichrichtereinheit 6 aus einem Paar von nega­ tiven bzw. positiven Wärmesenken 62 bzw. 63, einer Anschlußeinheit 61, drei negativ­ seitigen Gleichrichterelemente 65 und drei positivseitigen Gleichrichterelemente 66. Die Anschlußeinheit 61 ist zwischen der negativen Wärmesenke 62 und der positiven Wär­ mesenke 63 angeordnet, die negativseitigen Gleichrichterelemente sind an der negativ­ seitigen Wärmesenke 62 befestigt, und die positivseitigen Gleichrichterelemente sind an der positiven Wärmesenke 63 befestigt.

Die positive Wärmesenke 63 ist im Inneren der rückwärtigen Abdeckung 9 ange­ ordnet. Die positive Wärmesenke ist ein bogenförmiges Teil mit ungefähr dem gleichen Außendurchmesser wie dem Innendurchmesser der rückwärtigen Abdeckung 9 und weist drei Montageöffnungen 120 auf, die entlang eines Umfangabschnittes in Interval­ len ausgebildet sind. Positivseitige Gleichrichterelemente 66 sind jeweils an den Mon­ tageöffnungen 120 eingepreßt. Leitungen 130a und 130b erstrecken sich von jedem der positivseitigen Gleichrichterelemente 66 und sind jeweils an Verbindungselektroden 69a und 69b der Anschlußeinheit 61 angeschweißt.

Die negative Wärmesenke 62 ist ein Bogenteil mit einem Außendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser der positiven Wärmesenke 63 ist, und weist drei Montageöffnungen 100 auf, die entlang eines Umfangabschnittes in Intervallen ausge­ bildet sind. Negativseitige Gleichrichterelemente 65 sind jeweils an die Montageöff­ nungen 100 eingepreßt. Leitungen erstreckt sich ebenso von jedem der positivseitigen Elemente 65 und sind jeweils an Verbindungselektroden der Anschlußeinheit 61 in der gleichen Art und Weise wie die positivseitigen Gleichrichterelemente 66 angeschweißt.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, enthält das positivseitige Gleichrichterelement 66 ein Metallgehäuse 121, eine Metallplatte 122, ein Paar von Halbleiterbauteilen 123a und 123b, die die gleiche Polarität aufweisen, eine Leitung 130a und eine Leitung 130b. Das Metallgehäuse 121 weist eine gerändelte zylindrische Außenoberfläche 124 und einen tassenförmigen hohlen, zylindrischen Abschnitt 125 auf, der einen Boden aufweist. Die Metallplatte 122 ist an dem Boden (eine Lötschicht wird durch das Bezugzeichen 126 angedeutet) des hohlen zylindrischen Abschnitts 125 angelötet. Die Halbleiterbauteile 123a und 123b sind an der Metallplatte 122 angelötet, und die Leitungen 130a und 130b sind jeweils an den Halbleiterbauteilen 123a und 123b angelötet.

Die Metallplatte 122 ist ein dreischichtig kaschiertes Metall, das aus einer Kupfer­ schicht, einer Eisen-Nickelschicht und einer Kupferschicht besteht. Die Metallplatte 122 verringert die Belastung, die durch eine Differenz bei der Wärmeausdehnung zwischen der Lötschicht 126 und den Halbleiterbauteilen 123a und 123b verursacht wird. Ein Versiegelungsmaterial 127 wird in den hohlen zylindrischen Abschnitt 125 gefüllt, um die Halbleiterbauteilen 123a und 123b zu schützen.

Das Paar von Halbleiterbauteilen 123a und 123b für das positivseitige Gleich­ richterelement 66 wird aus einem gemeinsamen Halbleiterbauteil 123 ausgebildet. Der herkömmliche Chip (bzw. das herkömmliche Halbleiterbauteil) 123 wird in zwei Stücke von gleicher Größe und Form geschnitten, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt. Das andere Paar von Halbleiterbauteilen für das negativseitige Gleichrichterelement 65 wird ebenso aus einem gemeinsamen Halbleiterbauteil in dergleichen Art und Weise wie die positivsei­ tigen Halbleiterbauteilen 123a und 123b ausgebildet.

Eine der Leitungen, die sich aus dem negativseitigen Gleichrichterelement 65 er­ streckt, und eine der Leitungen 130a, die sich aus dem positivseitigen Gleichrichterele­ ment 66 erstreckt, werden gemeinsam mit der Verbindungselektrode 69a der Anschluß­ einheit 61 zum Ausbilden einer dreiphasigen Vollweggleichrichterschaltung 6a gemein­ sam verbunden. Eine der Leitungen, die sich von den negativseitigem Gleichrichterele­ ment 65 erstreckt, und eine der Leitungen 130b, die sich von dem positivseitigen Gleichrichterelement 66 erstreckt, werden mit der Verbindungselektrode 69b der An­ schlußeinheit 66 zum Ausbilden der anderen dreiphasigen Vollweggleichrichterschal­ tung 6b gemeinsam verbunden.

Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, werden die Phasenwicklungen X, Y und Z der Stator­ wicklung 23a mit der dreiphasigen Vollweggleichrichterschaltung 6a verbunden, und zwar die Wicklungen U, V und W der Statorwicklung 23b mit der dreiphasigen Voll­ weggleichrichterschaltung 6b verbunden.

Somit ist ein Paar von negativseitigen Halbleiterbauteilen in jedem der Metallge­ häuse des negativseitigen Gleichrichterelements 65 montiert und Paar von positivseiti­ gen Halbleiterbauteilen ist in jedem der Metallgehäuse des positivseitigen Gleichrich­ terelements 66 montiert. Es ist daher nicht notwendig, das Paar von Halbleiterbauteilen voneinander zu isolieren.

Die negativ- und positivseitigen Gleichrichterelemente 65 und 66 können an den jeweiligen Wärmesenken mittels Löten anstelle eines Einpressens befestigt werden.

Bei der voranstehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die Erfin­ dung unter Bezugnahme auf ihre bestimmten Ausführungsformen offenbart worden. Es ist jedoch ersichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Änderungen an diesen be­ stimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden kön­ nen, ohne den Umfang der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen. Dementsprechend ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindung mehr in einem illustrativen als in einem restriktiven Sinne auszulegen.

Claims (5)

1. Gleichrichtereinheit (6) eines Fahrzeugwechselstromgenerators, die aufweist:
eine Vielzahl von Metallgehäusen (121), eine Vielzahl von Paaren aus ersten und zweiten Halbleiterbauteilen (123a, 123b), wobei jedes dieser Paare von ersten und zweiten Halbleiterbauteilen in einem der Metallgehäuse angeordnet ist, eine Viel­ zahl von Paaren aus ersten und zweiten Leitungsdrähten (130a, 130b), die jeweils mit den Paaren der Halbleiterbauteilen verbunden sind, die eine erste Gleich­ richterschaltung (6a) ausbilden, die mit den ersten Leitungsdrähten verbunden ist, und eine zweite Gleichrichterschaltung (6b) ausbilden, die mit den zweiten Lei­ tungsdrähten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar aus ersten und zweiten Halbleiterbauteilen zueinander die gleiche Pola­ rität aufweisen.

2. Gleichrichtereinheit nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Isolationsteilen (127) aufweist, von denen jedes zwischen dem ersten Halbleiterbauteil und dem zweiten Halbleiterbauteil angeordnet ist, die in einem der Metallgehäuse angeordnet sind.

3. Gleichrichtereinheit nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß sie ein kaschiertes Metallteil (122) aus einer Kupferschicht, einer Eisen-Nickel-Schicht und einer Kupferschicht aufweist, welche zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbauteil und dem Boden des Metallgehäuses angeordnet ist.

4. Gleichrichtereinheit nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Paar von Wärmesenken (62, 63) mit einer Vielzahl von Montageöffnungen (100) aufweist.

5. Gleichrichtereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Metallgehäuse eine gerändelte Außenoberfläche (124) aufweist, die in eine der Montageöffnungen von einem des Paars von Wärmesenken eingepreßt wird.