DE102011003896A1

DE102011003896A1 - Electrical generator operating device for vehicle, has field controller for adjustment of exciting current of electrical generator, where rectifier and field controller are thermally coupled to common over-temperature protective device

Info

Publication number: DE102011003896A1
Application number: DE102011003896A
Authority: DE
Inventors: Zeljko Lubina; Paul Mehringer; Matthias Gesellmann; Markus Baur; Juergen Minarsch; Fabio Magini
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-08-16

Abstract

The device (101) has a field controller (103) for adjustment of exciting current of an electrical generator, and a rectifier (105) e.g. active rectifier, for rectifying alternating voltage of the generator. The rectifier and the field controller are thermally coupled to a common over-temperature protective device (109). The field controller and the rectifier are arranged on a common cooling body. A phase bridge of the rectifier for a phase of the generator is thermally coupled with the field controller. An independent claim is also included for a method for operating an electrical generator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Generators. Die Erfindung betrifft ferner einen Generator für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft also insbesondere einen Gleichrichter und einen Feldregler mit Übertemperaturschutz als thermisch gekoppelte Einheit für elektrische Generatoren.The invention relates to an apparatus and a method for operating an electric generator. The invention further relates to a generator for a vehicle. The invention thus relates in particular to a rectifier and a field controller with overtemperature protection as a thermally coupled unit for electric generators.

Stand der TechnikState of the art

Bei elektrischen Generatorsystemen mit geregeltem magnetischen Erregerfeld ist der elektronische Feldregler vom Gleichrichter mechanisch und somit auch thermisch getrennt. Diese Trennung ist für die Anwendung von Silizium-PN-Diodengleichrichtern erforderlich, da deren maximal mögliche Betriebstemperaturen üblicherweise deutlich höher sind als die der Feldregler. Bei anderen Gleichrichtern sind üblicherweise die maximal möglichen Betriebstemperaturen niedriger als bei Silizium-PN-Diodengleichrichtern. Dies begründet sich durch den Einsatz von Power-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Power-MOSFET) in Kombination mit Ansteuerelektroniken oder durch den Einsatz von Dioden mit Schottky-Übergang.In electric generator systems with a regulated magnetic excitation field, the electronic field controller is mechanically and thus thermally separated from the rectifier. This separation is required for the use of silicon PN diode rectifiers, since their maximum possible operating temperatures are usually much higher than those of the field controller. For other rectifiers, the maximum operating temperatures are usually lower than for silicon PN diode rectifiers. This is due to the use of power metal oxide semiconductor field effect transistors (power MOSFET) in combination with control electronics or through the use of Schottky junction diodes.

Aus der Patentschrift US 7,292,445 B2 ist eine Generatorelektronik bekannt, bei der das Reglersubstrat und die Substrate der Gleichrichterbrücken auf einem gemeinsamen Kühlkörper montiert sind.From the patent US 7,292,445 B2 a generator electronics is known in which the regulator substrate and the substrates of the rectifier bridges are mounted on a common heat sink.

Bei bekannten elektrischen Generatorsystemen bzw. Generatorelektroniken wird ein Übertemperaturschutz nicht durch die thermische Kopplung des Gleichrichters mit dem Feldregler und im Zusammenhang damit durch die Nutzung eines im Feldregler integrierten Übertemperaturschutzes erreicht, weshalb dort Anordnungen mit größerem Bauraum und höheren Herstellungskosten erforderlich sind.In known electrical generator systems or generator electronics overtemperature protection is not achieved by the thermal coupling of the rectifier with the field controller and in connection therewith by the use of an integrated in the field controller overtemperature protection, which is why there arrangements with larger space and higher production costs are required.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Generators anzugeben, welche die bekannten Nachteile überwindet und eine Einsparung von Bauraum und Kosten ermöglicht.The object underlying the invention can therefore be seen to provide a device for operating an electric generator, which overcomes the known disadvantages and allows a saving of space and cost.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann. auch darin gesehen werden, ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Generators anzugeben.The object underlying the invention can. Also seen therein to provide a corresponding method for operating an electric generator.

Weiterhin kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch darin gesehen werden, einen entsprechenden Generator für ein Fahrzeug anzugeben.Furthermore, the object underlying the invention can also be seen to provide a corresponding generator for a vehicle.

Die vorgenannten Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.The above objects are achieved by means of the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of each dependent subclaims.

Nach einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Generators bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Feldregler, welcher eingerichtet ist, einen Erregerstrom des Generators einzustellen. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Gleichrichter, welcher eingerichtet ist, eine mittels des Generators bereitgestellte Wechselspannung gleichzurichten. Hierbei sind der Gleichrichter und der Feldregler thermisch gekoppelt und weisen eine gemeinsame Übertemperaturschutzeinrichtung auf.In one aspect, an apparatus for operating an electrical generator is provided. The device comprises a field controller, which is set up to set an exciter current of the generator. Furthermore, the device comprises a rectifier, which is set up to rectify an AC voltage provided by means of the generator. Here, the rectifier and the field controller are thermally coupled and have a common overtemperature protection device.

Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Generators bereitgestellt, wobei der elektrische Generator einen Feldregler zum Einstellen eines Erregerstroms und einen Gleichrichter zum Gleichrichten einer mittels des Generators bereitgestellten Wechselspannung aufweist. Hierbei werden der Gleichrichter und der Feldregler thermisch gekoppelt. Es wird eine gemeinsame Übertemperaturschutzeinrichtung verwendet, um eine Übertemperatur des Gleichrichters und des Feldreglers zu erkennen. Vorzugsweise werden die genannten Einrichtungen also verwendet, um in vorteilhafter Weise die Übertemperatur des Gleichrichters und des Feldreglers zu erkennen und zu vermeiden.According to another aspect, there is provided a method of operating an electric generator, the electric generator having a field controller for setting an exciting current and a rectifier for rectifying an AC voltage provided by the generator. Here, the rectifier and the field controller are thermally coupled. A common overtemperature protection device is used to detect overtemperature of the rectifier and field controller. Preferably, said devices are thus used to advantageously detect and avoid the overtemperature of the rectifier and the field controller.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Generator für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei der Generator die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.According to a further aspect, a generator for a vehicle is provided, wherein the generator has the device according to the invention.

Dadurch, dass der Gleichrichter und der Feldregler thermisch miteinander gekoppelt sind, kann in vorteilhafter Weise darauf verzichtet werden, dass sowohl der Gleichrichter als auch der Feldregler jeweils eine eigene Übertemperaturschutzeinrichtung aufweisen. Falls sich die Temperatur des Gleichrichters erhöht, wird sich aufgrund der thermischen Kopplung auch die Temperatur in dem Feldregler erhöhen und umgekehrt. Es reicht also beispielsweise aus, dass die gemeinsame Übertemperaturschutzeinrichtung eine Temperatur in dem Feldregler überwacht und bei einer unzulässigen Temperatur, beispielsweise bei einer Temperatur über der maximal zulässigen Betriebstemperatur, geeignet reagiert, beispielsweise indem der elektrische Generator abgeschaltet wird. Es reicht natürlich auch aus, dass die gemeinsame Übertemperaturschutzeinrichtung eine Temperatur in dem Gleichrichter überwacht, da aufgrund der thermischen Kopplung dadurch auch eine Überwachung der Temperatur in dem Feldregler möglich ist. Es wird also in vorteilhafter Weise eine Einsparung von Bauraum ermöglicht, wobei auch weiterhin Kosten eingespart werden können dadurch, dass nun auf eine zusätzliche Übertemperaturschutzeinrichtung verzichtet werden kann. Der Gleichrichter und der Feldregler nutzen insofern eine gemeinsame Übertemperaturschutzeinrichtung. Das vereinfacht weiterhin auch in vorteilhafter Weise entsprechende Montageprozesse.Characterized in that the rectifier and the field controller are thermally coupled together, can be advantageously dispensed that both the rectifier and the field controller each have their own overtemperature protection device. If the temperature of the rectifier increases, the temperature in the field controller will increase due to the thermal coupling and vice versa. It is thus sufficient, for example, for the common overtemperature protection device to monitor a temperature in the field controller and to react appropriately at an impermissible temperature, for example at a temperature above the maximum permissible operating temperature, for example by switching off the electrical generator. Of course, it is also sufficient that the common overtemperature protection device monitors a temperature in the rectifier, as a result of the thermal coupling thereby also a monitoring of the temperature in the field controller is possible. It is therefore advantageously possible to save space, and also Costs can still be saved by the fact that now can be dispensed with an additional over-temperature protection device. The rectifier and the field controller use a common overtemperature protection device. This also further advantageously simplifies corresponding assembly processes.

Eine Übertemperaturschutzeinrichtung im Sinne der Erfindung ist insbesondere dazu eingerichtet, eine unzulässige Temperatur, das heißt beispielsweise eine Temperatur, welche über der maximal zulässigen Betriebstemperatur des Gleichrichters und/oder des Feldreglers liegt, zu erfassen und geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen, so dass der elektrische Generator und/oder insbesondere der Feldregler und/oder der Gleichrichter nicht beschädigt werden aufgrund einer Überhitzung. Beispielsweise kann die Übertemperaturschutzeinrichtung den elektrischen Generator ausschalten. Vorzugsweise kann die Übertemperaturschutzeinrichtung einen Erregerstrom begrenzen und/oder reduzieren. Beispielsweise kann die Übertemperaturschutzeinrichtung auch eine Kühleinrichtung aktivieren, welche vorzugsweise eingerichtet ist, den Feldregler und/oder den Gleichrichter zu kühlen. Insbesondere kann die Kühleinrichtung einen Lüfter umfassen. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise auch als eine Wasserkühleinrichtung ausgebildet sein. Es kann sich bei der Übertemperaturschutzeinrichtung um eine rückstellende oder um eine nicht rückstellende bzw. irreversibel auslösende Übertemperaturschutzeinrichtung handeln. Hierbei schließt insbesondere eine selbstrückstellende Übertemperaturschutzeinrichtung einen Stromkreis des elektrischen Generators nach einer Abkühlung wieder von alleine. Bei einer irreversibel auslösenden Übertemperaturschutzeinrichtung muss diese entweder vorzugsweise nach einer Abkühlung wieder eingeschaltet oder gegebenenfalls ersetzt werden.An overtemperature protection device in the sense of the invention is in particular configured to detect an impermissible temperature, that is, for example, a temperature which is above the maximum permissible operating temperature of the rectifier and / or the field controller and to take appropriate countermeasures, so that the electric generator and / or in particular the field controller and / or the rectifier are not damaged due to overheating. For example, the overtemperature protection device can switch off the electric generator. Preferably, the over-temperature protection device can limit and / or reduce a field current. For example, the overtemperature protection device can also activate a cooling device, which is preferably set up to cool the field regulator and / or the rectifier. In particular, the cooling device may comprise a fan. The cooling device may for example also be designed as a water cooling device. The overtemperature protection device may be a restoring or non-resetting or irreversibly triggering overtemperature protection device. In this case, in particular a self-resetting over-temperature protection device closes a circuit of the electric generator after cooling again by itself. In the case of an irreversibly triggering excess-temperature protection device, it must either be switched on again after cooling or replaced if necessary.

Nach einer Ausführungsform ist der Gleichrichter ein aktiver Gleichrichter. Insbesondere kann der Gleichrichter auch ein Diodengleichrichter mit Schottky-Übergang sein. Die maximal möglichen Betriebstemperaturen solcher Gleichrichter sind geringer als die von Silizium-PN-Diodengleichrichtern und hegen nahe den maximal möglichen Betriebstemperaturen von Feldreglern. Gerade bei solchen elektronischen Komponenten ist eine thermische Kopplung besonders sinnvoll, da sie ähnliche maximale Betriebstemperaturen aufweisen, so dass eine Temperaturüberwachung vereinfacht wird.In one embodiment, the rectifier is an active rectifier. In particular, the rectifier may also be a Schottky junction diode rectifier. The maximum possible operating temperatures of such rectifiers are lower than those of silicon PN diode rectifiers and close to the maximum possible operating temperatures of field controllers. Especially with such electronic components, a thermal coupling is particularly useful because they have similar maximum operating temperatures, so that a temperature control is simplified.

Nach einer Ausführungsform sind der Feldregler und der Gleichrichter auf einem gemeinsamen Kühlkörper angeordnet. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine besonders effiziente thermische Kopplung erreicht.According to one embodiment, the field regulator and the rectifier are arranged on a common heat sink. As a result, a particularly efficient thermal coupling is achieved in an advantageous manner.

Nach einer Ausführungsform ist die Übertemperaturschutzeinrichtung im Feldregler integriert, was in vorteilhafter Weise eine besonders kompakte Bauform ermöglicht.According to one embodiment, the excess temperature protection device is integrated in the field controller, which advantageously allows a particularly compact design.

Alternativ können der Feldregler und der Gleichrichter vorzugsweise jeweils auf einem getrennten Kühlkörper angeordnet sein, welche miteinander thermisch gekoppelt sind. Diese Anordnung erlaubt in vorteilhafter Weise einen modularen Aufbau. Weiterhin können so der Feldregler und der Gleichrichter besonders einfach in einen bereits vorhandenen Bauraum platziert und angeordnet werden. Eine thermische Kopplung kann beispielsweise mittels einer Wärmeleitpaste oder eines Wärmeleitklebers erreicht werden. Nach einer Ausführungsform sind die beiden getrennten Kühlkörper auch mechanisch miteinander gekoppelt. So wird in vorteilhafter Weise eine mechanische Stabilisierung bewirkt.Alternatively, the field regulator and the rectifier may be preferably each arranged on a separate heat sink, which are thermally coupled together. This arrangement advantageously allows a modular design. Furthermore, the field controller and the rectifier can be placed and arranged in an already existing space particularly easy. A thermal coupling can be achieved for example by means of a thermal paste or a Wärmeleitklebers. According to one embodiment, the two separate heat sinks are also mechanically coupled together. Thus, a mechanical stabilization is effected in an advantageous manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Feldregler auf einem keramischen Substrat angeordnet. Vorzugsweise ist der Gleichrichter auf einem keramischen Substrat angeordnet. Insbesondere sind sowohl der Feldregler als auch der Gleichrichter auf einem gemeinsamen keramischen Substrat angeordnet.According to a further embodiment, the field regulator is arranged on a ceramic substrate. Preferably, the rectifier is arranged on a ceramic substrate. In particular, both the field regulator and the rectifier are arranged on a common ceramic substrate.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Phasenbrücke des Gleichrichters für eine Phase des Generators thermisch mit dem Feldregler gekoppelt.In another embodiment, a phase bridge of the rectifier is thermally coupled to the field controller for one phase of the generator.

Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Feldregler einen mit dem Gleichrichter verbindbaren Signaleingang zum Erfassen eines Fehlersignals des Gleichrichters auf. Es ist also mit entsprechender elektrischer Verbindung zwischen dem Feldregler und dem Gleichrichter möglich, dass ein Fehlersignal des Gleichrichters dem Feldregler zugeführt werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Signaleingänge gebildet.According to another embodiment, the field controller has a signal input connectable to the rectifier for detecting an error signal of the rectifier. It is thus possible with a corresponding electrical connection between the field controller and the rectifier that an error signal of the rectifier can be supplied to the field controller. Preferably, a plurality of signal inputs are formed.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Gleichrichter einen mit dem Feldregler verbindbaren Signalausgang zum Ausgeben eines Fehlersignals des Gleichrichters auf. Somit kann in vorteilhafter Weise ein Fehlersignal des Gleichrichters ausgegeben werden, wobei das Fehlersignal dann beispielsweise durch den Feldregler weiterverarbeitet werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Signalausgänge gebildet.According to a further embodiment, the rectifier has a signal output connectable to the field regulator for outputting an error signal of the rectifier. Thus, an error signal of the rectifier can be output in an advantageous manner, wherein the error signal can then be further processed, for example by the field controller. Preferably, a plurality of signal outputs are formed.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Gleichrichter eine Übertemperaturerkennung zum Bereitstellen eines Übertemperatursignals auf. Dieses Übertemperatursignal kann beispielsweise über den Signalausgang ausgegeben werden und auf den Signaleingang des Feldreglers gelegt werden. Der Feldregler kann dann das Übertemperatursignal weiterverarbeiten, beispielsweise kann der Feldregler das Übertemperatursignal der gemeinsamen Übertemperaturschutzeinrichtung zur Verfügung stellen, und erkennt insbesondere, dass in dem Gleichrichter eine Übertemperatur vorliegt, d. h. der Gleichrichter weist eine Temperatur größer als eine maximal zulässige Betriebstemperatur auf.According to a further embodiment, the rectifier has an overtemperature detection for providing an overtemperature signal. This overtemperature signal can be output, for example via the signal output and placed on the signal input of the field controller. The field controller can then process the overtemperature signal, for example, the Field controller provide the overtemperature signal of the common overtemperature protection device, and detects in particular that in the rectifier is an excess temperature, ie, the rectifier has a temperature greater than a maximum allowable operating temperature.

Die oben beschriebenen Signaleingänge, Signalausgänge und Übertemperaturerkennung können analog auch umgekehrt entsprechend beim Gleichrichter und Feldregler vorgesehen sein.The above-described signal inputs, signal outputs and overtemperature detection can be provided analogously and vice versa corresponding to the rectifier and field controller.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigenThe invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to figures. Show here

1 eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Generators, 1 a device for operating an electric generator,

2 eine weitere Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Generators, 2 another device for operating an electric generator,

3 eine andere Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Generators, 3 another device for operating an electric generator,

4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Generators, 4 a schematic flow diagram of a method for operating an electric generator,

5 einen Generator, 5 a generator,

6 einen Graphen, welcher eine Abhängigkeit eines Generatorstroms, einer Temperatur von Gleichrichterelementen und einer Kühlkörpertemperatur von der Drehzahl eines Generators zeigt, 6 a graph showing a dependence of a generator current, a temperature of rectifier elements and a heat sink temperature of the rotational speed of a generator,

7 ein Blockschaltbild eines Generatorsystems umfassend einen Regler, einen Generator und einen Gleichrichter und 7 a block diagram of a generator system comprising a controller, a generator and a rectifier and

8 der Gleichrichter und der Regler aus 7 auf einem gemeinsamen Kühlkörper. 8th the rectifier and the regulator off 7 on a common heat sink.

Im Folgenden werden für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.In the following, the same reference numerals are used for the same elements.

1 zeigt eine Vorrichtung 101 zum Betreiben eines elektrischen Generators (nicht gezeigt). Die Vorrichtung 101 umfasst einen Feldregler 103 zum Einstellen eines Erregerstroms des Generators und einen Gleichrichter 105 zum Gleichrichten einer mittels des Generators bereitgestellten Wechselspannung. Der Feldregler 103 und der Gleichrichter 105 sind miteinander thermisch gekoppelt, was durch eine Verbindungslinie mit dem Bezugszeichen 107 gekennzeichnet ist. Ferner weist die Vorrichtung 101 eine Übertemperaturschutzeinrichtung 109 auf, welche eine Temperatur in dem Feldregler 103 und dem Gleichrichter 105 überwacht. Vorzugsweise kann die Übertemperaturschutzeinrichtung 109 in dem Feldregler 103 integriert sein. Die Übertemperaturschutzeinrichtung 109 kann aber auch beispielsweise in dem Gleichrichter 105 integriert sein. Aufgrund der thermischen Kopplung zwischen dem Feldregler 103 und dem Gleichrichter 105 wird dennoch sichergestellt, dass, obwohl die Übertemperaturschutzeinrichtung 109 beispielsweise nur in einer der beiden Komponenten 103 und 105 integriert sein kann, ein Temperaturanstieg in der anderen Komponente ebenfalls detektiert wird, so dass bei einem unzulässigen Temperaturanstieg, das heißt beispielsweise eine Temperatur, welche über einer maximal zulässigen Betriebstemperatur des Feldreglers 103 oder des Gleichrichters 105 liegt, der elektrische Generator beispielsweise abgeschaltet wird. Beispielsweise kann auch ein Erregerstrom des Generators begrenzt oder reduziert werden. 1 shows a device 101 for operating an electric generator (not shown). The device 101 includes a field controller 103 for adjusting an excitation current of the generator and a rectifier 105 for rectifying an AC voltage provided by the generator. The field controller 103 and the rectifier 105 are thermally coupled together, which is indicated by a connecting line with the reference numeral 107 is marked. Furthermore, the device 101 an overtemperature protection device 109 on which a temperature in the field controller 103 and the rectifier 105 supervised. Preferably, the overtemperature protection device 109 in the field controller 103 be integrated. The overtemperature protection device 109 but also for example in the rectifier 105 be integrated. Due to the thermal coupling between the field controller 103 and the rectifier 105 it is nevertheless ensured that, although the overtemperature protection device 109 for example, only in one of the two components 103 and 105 may be integrated, a temperature increase in the other component is also detected, so that at an inadmissible temperature rise, that is, for example, a temperature which is above a maximum permissible operating temperature of the field controller 103 or the rectifier 105 is located, the electric generator is turned off, for example. For example, an excitation current of the generator can be limited or reduced.

2 zeigt eine weitere Vorrichtung 201 zum Betreiben eines elektrischen Generators (nicht gezeigt). Analog zu der Vorrichtung 101 in 1 weist auch die Vorrichtung 201 einen Feldregler 203 und einen Gleichrichter 205 auf, welche beide auf einem gemeinsamen Kühlkörper 207 angeordnet sind. Somit ist in vorteilhafter Weise eine thermische Kopplung zwischen dem Feldregler 203 und dem Gleichrichter 205 ermöglicht. Ferner ist eine gemeinsame Übertemperaturschutzeinrichtung 209 des Feldreglers 203 und des Gleichrichters 205 vorgesehen. Auch die Übertemperaturschutzeinrichtung 209 kann beispielsweise entweder in dem Feldregler 203 oder dem Gleichrichter 205 integriert sein. Damit ist es insbesondere in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass die im Feldregler 203 bzw. Gleichrichter 205 integrierte Funktion des Übertemperaturschutzes ohne Zusatzaufwand auch als Temperaturschutz für den Gleichrichter 205 bzw. Feldregler 203 verwendet werden kann. Auf zusätzliche Temperaturfühler und/oder Verbindungsleitungen kann insofern in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Das reduziert weiterhin in vorteilhafter Weise einen benötigten Bauraum und senkt Herstellungskosten. Weiterhin wird auch ein entsprechender Montageprozess der Vorrichtung 201 vereinfacht. 2 shows another device 201 for operating an electric generator (not shown). Analogous to the device 101 in 1 also has the device 201 a field controller 203 and a rectifier 205 on which both are on a common heatsink 207 are arranged. Thus, advantageously, a thermal coupling between the field controller 203 and the rectifier 205 allows. Furthermore, a common overtemperature protection device 209 of the field controller 203 and the rectifier 205 intended. Also the overtemperature protection device 209 for example, either in the field controller 203 or the rectifier 205 be integrated. This makes it possible in particular advantageously that the field controller 203 or rectifier 205 integrated function of the overtemperature protection without additional effort also as temperature protection for the rectifier 205 or field controller 203 can be used. In this respect, additional temperature sensors and / or connecting lines can advantageously be dispensed with. This further advantageously reduces a required space and lowers manufacturing costs. Furthermore, also a corresponding assembly process of the device 201 simplified.

3 zeigt eine weitere Vorrichtung 301 zum Betreiben eines elektrischen Generators (nicht gezeigt). Analog zu den in 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen 101 und 201 weist auch die Vorrichtung 301 einen Feldregler 303 und einen Gleichrichter 305 auf. Der Feldregler 303 ist auf einem Kühlkörper 307a angeordnet. Der Gleichrichter 305 ist auf einem Kühlkörper 307b angeordnet. Beide Kühlkörper 307a und 307b sind voneinander getrennt gebildet, wobei die beiden Kühlkörper 307a und 307b miteinander thermisch gekoppelt sind, was mittels einer Verbindungslinie mit dem Bezugszeichen 308 dargestellt ist. Der Feldregler 303 weist eine Übertemperaturschutzeinrichtung 309 auf, welche aufgrund der thermischen Kopplung 308 zwischen den beiden Kühlkörpern 307a und 307b auch zuverlässig eine Temperatur in dem Gleichrichter 305 überwachen kann und bei einem unzulässigen Temperaturanstieg in dem Gleichrichter 305 beispielsweise den elektrischen Generator abschaltet. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Übertemperaturschutzeinrichtung 309 auch in dem Gleichrichter 305 integriert sein. 3 shows another device 301 for operating an electric generator (not shown). Analogous to the in 1 and 2 shown devices 101 and 201 also has the device 301 a field controller 303 and a rectifier 305 on. The field controller 303 is on a heat sink 307a arranged. The rectifier 305 is on a heat sink 307b arranged. Both heatsinks 307a and 307b are formed separately, with the two heat sinks 307a and 307b thermally coupled to each other, which by means of a connecting line with the reference numeral 308 is shown. The field controller 303 has an overtemperature protection device 309 which due to the thermal coupling 308 between two heat sinks 307a and 307b also reliably a temperature in the rectifier 305 and an impermissible temperature rise in the rectifier 305 for example, turns off the electric generator. In an embodiment not shown, the overtemperature protection device 309 also in the rectifier 305 be integrated.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Generators. In einem Schritt 401 wird ein Generator bereitgestellt, welcher einen Feldregler zum Einstellen eines Erregerstroms und einen Gleichrichter zum Gleichrichten einer mittels des Generators bereitgestellten Wechselspannung aufweist. In einem Schritt 403 werden der Gleichrichter und der Feldregler thermisch miteinander gekoppelt. In einem Schritt 405 wird zur Erkennung einer Übertemperatur des Gleichrichters und des Feldreglers eine gemeinsame Übertemperaturschutzeinrichtung verwendet. 4 shows a flowchart of a method for operating an electric generator. In one step 401 a generator is provided which comprises a field regulator for setting an excitation current and a rectifier for rectifying an AC voltage provided by means of the generator. In one step 403 The rectifier and the field controller are thermally coupled together. In one step 405 a common over-temperature protection device is used to detect overtemperature of the rectifier and the field controller.

5 zeigt einen Generator 501 für ein Fahrzeug (nicht gezeigt) mit einer Vorrichtung 503 zum Betreiben des Generators 501. Bei der Vorrichtung 503 kann es sich beispielsweise um die Vorrichtung 101, 201 oder 301 handeln. 5 shows a generator 501 for a vehicle (not shown) with a device 503 for operating the generator 501 , In the device 503 For example, it may be the device 101 . 201 or 301 act.

6 zeigt eine qualitative Abhängigkeit eines Generatorstroms 601, einer Temperatur 603 eines Gleichrichters und einer Kühlkörpertemperatur 605 von der Drehzahl des Generators. Die Drehzahlen des Generators sind auf der Abszisse in Umdrehungen pro Minute (U/min) aufgetragen. Die Ordinate weist für die einzelnen Werte des Generatorstroms 601 und den Temperaturen 603 und 605 willkürliche Einheiten auf. 6 shows a qualitative dependence of a generator current 601 , a temperature 603 a rectifier and a heat sink temperature 605 from the speed of the generator. The speeds of the generator are plotted on the abscissa in revolutions per minute (rpm). The ordinate indicates the individual values of the generator current 601 and the temperatures 603 and 605 arbitrary units.

Wie der Graph in 6 zeigt, können beispielsweise hohe Generatorströme und gleichzeitig relativ niedrige Generatordrehzahlen von etwa 3000 U/min wegen entsprechend geringer Kühlluftdurchströmung statisch zu Übertemperaturzuständen führen. Solche Betriebszustände können als Heißpunkt bezeichnet werden. Die höchsten Temperaturdifferenzen zwischen Gleichrichterelementen des Gleichrichters und einem Reglerchip des Feldreglers entstehen in der Regel dynamisch durch starke Anstiege des Generatorstroms mit sprungförmigem Zeitverlauf ausgehend von niedrigen Temperaturen eines Generatorsystems umfassend einen Generator, einen Feldregler und einen Gleichrichter.Like the graph in 6 shows, for example, high generator currents and at the same time relatively low generator speeds of about 3000 rev / min because of correspondingly low cooling air flow statically lead to over-temperature conditions. Such operating conditions may be referred to as a hot spot. The highest temperature differences between rectifier elements of the rectifier and a controller chip of the field regulator usually arise dynamically by strong increases of the generator current with sudden time profile starting from low temperatures of a generator system comprising a generator, a field controller and a rectifier.

7 zeigt ein Blockschaltbild eines Generatorsystems 701 umfassend einen Feldregler 703, einen Generator 705 und einen Gleichrichter 707. Hierbei ist der Feldregler 703 eingerichtet, einen Erregerstrom des Generators 705 einzustellen. Der Gleichrichter 707 ist eingerichtet, eine mittels des Generators 705 bereitgestellte Wechselspannung gleichzurichten. 7 shows a block diagram of a generator system 701 comprising a field controller 703 , a generator 705 and a rectifier 707 , Here is the field controller 703 set up, a field current of the generator 705 adjust. The rectifier 707 is set up, one by means of the generator 705 rectify the AC voltage provided.

Der Feldregler 703 weist ferner einen Reglerchip auf, welcher der Übersicht halber in 7 nicht gezeigt ist. Der Reglerchip des Feldreglers 703 ist in 8 gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 801 gekennzeichnet. Ferner umfasst der Gleichrichter 707 mehrere Gleichrichterelemente, welche der Übersicht halber ebenfalls in 7 nicht gezeigt sind. Diese Gleichrichterelemente sind in 8 gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 802 gekennzeichnet.The field controller 703 also has a controller chip, which in the sake of clarity in 7 not shown. The controller chip of the field controller 703 is in 8th shown and there by the reference numeral 801 characterized. Furthermore, the rectifier includes 707 several rectifier elements, which for the sake of clarity also in 7 not shown. These rectifier elements are in 8th shown and there by the reference numeral 802 characterized.

Der elektrische Generator 705 ist als ein dreiphasiger Generator mit den Phasen 709a, 709b und 709c gebildet. In anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Generator 705 auch als ein fünf- oder sechsphasiger Generator gebildet sein, wobei auch eine andere Anzahl von Phasen vorgesehen sein können. Entsprechend der Anzahl an Phasen weist der Generator 705 auch eine entsprechende Anzahl an Phasenanschlüssen auf.The electric generator 705 is as a three phase generator with the phases 709a . 709b and 709c educated. In other embodiments, not shown, the generator 705 may also be formed as a five- or six-phase generator, wherein also a different number of phases may be provided. The generator points according to the number of phases 705 also a corresponding number of phase connections.

Der Gleichrichter 707 umfasst für jede der Phasen 709a, 709b und 709c eine Phasengleichrichterbrücke 711a, 711b und 711c.The rectifier 707 includes for each of the phases 709a . 709b and 709c a phase rectifier bridge 711a . 711b and 711c ,

Der Feldregler 703 stellt abhängig von einer Ausgangsspannung des Generatorsystems 701 einen Erregerstrom ein. Der Erregerstrom fließt durch eine Erregerwicklung 713 des Generators 705. Die im Betrieb des Generatorsystems 701 in den Phasengleichrichterbrücken 711a, b und c und im Feldregler 703 umgesetzte Verlustleistung führt zur Erwärmung dieser Komponenten und der an diese Komponenten gekoppelten Wärmesenke, welche der Übersicht halber in 7 nicht gezeigt ist. Diese Wärmesenke ist in 8 gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 803 gekennzeichnet.The field controller 703 depends on an output voltage of the generator system 701 a field current. The excitation current flows through a field winding 713 of the generator 705 , The operation of the generator system 701 in the phase rectifier bridges 711a , b and c and in the field controller 703 converted power loss leads to the heating of these components and coupled to these components heat sink, which in the sake of clarity in 7 not shown. This heat sink is in 8th shown and there by the reference numeral 803 characterized.

8 zeigt schematisch eine thermische Kopplung zwischen dem Gleichrichter 707 und dem Feldregler 703 aus 7. Hierbei sind die Phasengleichrichterbrücken 711a, 711b und 711c und der Feldregler 703 auf einem gemeinsamen Kühlkörper 803 angeordnet, welcher als Wärmesenke wirkt. Im Einzelnen sind die Phasengleichrichterbrücken 711a, b und c umfassend jeweils zwei Gleichrichterelemente 802 respektive auf Substraten 805a, 805b und 805c angeordnet. Dass die jeweilige Anzahl der Gleichrichterelemente 802 pro Phasengleichrichterbrücke 711a, b und c zwei beträgt, ist lediglich als beispielhaft anzusehen und soll der besseren Übersichtlichkeit dienen. In anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen können vorzugsweise mehr oder weniger als zwei Gleichrichterelemente 802 vorgesehen sein. Die Substrate 805a, 805b und 805c sind vorzugsweise als ein keramisches Substrat gebildet und auf dem Kühlkörper 803 angeordnet. 8th schematically shows a thermal coupling between the rectifier 707 and the field controller 703 out 7 , Here are the phase rectifier bridges 711a . 711b and 711c and the field controller 703 on a common heat sink 803 arranged, which acts as a heat sink. In particular, the phase rectifier bridges 711a , b and c each comprise two rectifier elements 802 respectively on substrates 805a . 805b and 805c arranged. That the respective number of rectifier elements 802 per phase rectifier bridge 711a , b and c is two, is to be regarded as exemplary only and is intended to provide a better overview. In other embodiments, not shown, preferably more or less than two rectifier elements 802 be provided. The substrates 805a . 805b and 805c are preferably formed as a ceramic substrate and on the heat sink 803 arranged.

Auch der Feldregler 703 mit seinem Reglerchip 801 ist auf einem Substrat 805c, insbesondere einem keramischen Substrat, angeordnet, welches auf dem gemeinsamen Kühlkörper 803 angeordnet ist. Also the field controller 703 with its regulator chip 801 is on a substrate 805c , in particular a ceramic substrate, which is arranged on the common heat sink 803 is arranged.

Mittels des in 8 gezeigten Aufbaus ist somit in vorteilhafter Weise eine thermische Kopplung zwischen den Phasengleichrichterbrücken 711a, b und c und dem Feldregler 703 ermöglicht.By means of in 8th shown construction is thus advantageously a thermal coupling between the phase rectifier bridges 711a , b and c and the field controller 703 allows.

Beim Betrieb des Generatorsystems 701 erwärmen sich die auf den Substraten 805a, 805b und 805c angeordneten Gleichrichterelemente 802 und auch der Reglerchip 801 des Feldreglers 703 aufgrund der in diesen Komponenten umgesetzten Verlustleistungen. Da die Phasengleichrichterbrücken 711a, b und c des Gleichrichters 707 über die Wärmesenke bzw. den gemeinsamen Kühlkörper 803 thermisch mit dem Feldregler 703 gekoppelt sind, stellt sich im Reglerchip 801 eine Temperatur ein, die unter anderem von folgenden Eigenschaften beeinflusst wird:

– Verlustleistungen der Phasengleichrichterbrücken 711a, b und c,
– Verlustleistung des Feldreglers 703,
– Drehzahl des Generators 705, Aufbau und Verbindungstechnik der Phasengleichrichterbrücken 711a, b und c und des Feldreglers 703,
– Platzierung der Phasengleichrichterbrücken 711a, b und c und des Feldreglers 703 auf dem. gemeinsamen Kühlkörper 803,
– Geometrie und Material des Kühlkörpers 803 und
– Temperatur und Bewegung der Umgebungsluft des Generatorsystems 701.

During operation of the generator system 701 they heat up on the substrates 805a . 805b and 805c arranged rectifier elements 802 and also the controller chip 801 of the field controller 703 due to the power losses implemented in these components. Because the phase rectifier bridges 711a , b and c of the rectifier 707 via the heat sink or the common heat sink 803 thermally with the field controller 703 are coupled in the controller chip 801 a temperature which is influenced among other things by the following properties:

- Power losses of the phase rectifier bridges 711a , b and c,
- Power loss of the field controller 703 .
- Speed of the generator 705 , Structure and connection technology of the phase rectifier bridges 711a , b and c and the field controller 703 .
- Placement of the phase rectifier bridges 711a , b and c and the field controller 703 on the. common heat sink 803 .
- Geometry and material of the heat sink 803 and
- Temperature and movement of the ambient air of the generator system 701 ,

Üblicherweise ist im Betrieb des Generators 705 die Temperatur des Reglerchips 801 niedriger als die Temperatur der Gleichrichterelemente 802. Durch geeignete Platzierung der Phasengleichrichterbrücken 711a, 711b und 711c und des Feldreglers 703 und durch die Dimensionierung und Materialauswahl des Kühlkörpers 803 sowie durch die Auswahl einer geeigneten Aufbau- und Verbindungstechnik lässt sich die Temperaturdifferenz zwischen den Gleichrichterelementen 802 und dem Reglerchip 801 in vorteilhafter Weise minimieren. Diese Temperaturdifferenz kann beispielsweise mittels Messungen und/oder Simulationen ermittelt werden. Damit ist es für die relevanten Betriebszustände, beispielsweise Heißpunkte, möglich, das Übertemperaturabregelverhalten des Reglerchips 801 so einzustellen, dass die maximal mögliche Betriebstemperatur der Gleichrichterelemente 802 nicht überschritten wird. Betriebszustände des Generatorsystems 701, in denen die Übertemperaturabregelung aktiviert wird, können durch die Kombinationen bestimmter Eigenschaften entstehen, welche bereits im Zusammenhang mit der 6 beschrieben wurden.Usually in the operation of the generator 705 the temperature of the controller chip 801 lower than the temperature of the rectifier elements 802 , By suitable placement of the phase rectifier bridges 711a . 711b and 711c and the field controller 703 and by the sizing and material selection of the heat sink 803 and by selecting a suitable construction and connection technology, the temperature difference between the rectifier elements can be 802 and the controller chip 801 minimize in an advantageous manner. This temperature difference can be determined, for example, by means of measurements and / or simulations. Thus, it is possible for the relevant operating conditions, such as hot spots, the overtemperature Abregelverhalten the controller chip 801 to adjust so that the maximum possible operating temperature of the rectifier elements 802 is not exceeded. Operating states of the generator system 701 , in which the overtemperature control is activated, can arise through the combinations of certain properties, which are already in connection with the 6 have been described.

Eine Übertemperaturschutzeinrichtung ist in dem Generatorsystem 701 der Übersicht halber nicht gezeigt. Eine solche Übertemperaturschutzeinrichtung ist vorzugsweise in dem Feldregler 703 integriert. Beispielsweise kann die Übertemperaturschutzeinrichtung auch getrennt von dem Feldregler 703 und dem Gleichrichter 707 gebildet sein, wobei die Übertemperaturschutzeinrichtung insbesondere thermisch mit dem Feldregler 703 und/oder dem Gleichrichter 707 gekoppelt ist.An overtemperature protection device is in the generator system 701 not shown for the sake of clarity. Such an overtemperature protection device is preferably in the field controller 703 integrated. For example, the overtemperature protection device may also be separate from the field controller 703 and the rectifier 707 be formed, wherein the overtemperature protection device in particular thermally with the field controller 703 and / or the rectifier 707 is coupled.

Zusammenfassend umfasst der Kern der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass ein Feldregler und ein Gleichrichter zu einer elektronischen Einheit mit einem gemeinsam genutzten Kühlkörper und gemeinsam genutzten Gehäuseteilen zusammengeführt werden. Dadurch ist es insbesondere ermöglicht, die im Feldregler integrierte Übertemperaturschutzeinrichtung, also die integrierte Funktion des Übertemperaturschutzes, ohne Zusatzaufwand auch als Übertemperaturschutz für den Gleichrichter mit seinen Gleichrichterkomponenten zu verwenden. Auf zusätzliche Temperaturfühler und Verbindungsleitungen kann somit in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Die thermische Kopplung zwischen dem Gleichrichter und dem Feldregler macht also den Übertemperaturschutz des Feldreglers gleichzeitig als Übertemperaturschutz des Gleichrichters verwendbar.In summary, the gist of the present invention includes, in particular, merging a field controller and a rectifier into an electronic unit having a shared heatsink and shared housing parts. This makes it possible, in particular, to use the over-temperature protection device integrated in the field controller, that is to say the integrated function of the overtemperature protection, also as over-temperature protection for the rectifier with its rectifier components, without additional effort. On additional temperature sensor and connecting lines can thus be dispensed with in an advantageous manner. The thermal coupling between the rectifier and the field controller thus makes the overtemperature protection of the field controller simultaneously usable as overtemperature protection of the rectifier.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7292445 B2 [0003]

Claims

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) for operating an electric generator ( 501 . 705 ), comprising a field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) for setting an excitation current of the generator ( 501 . 705 ) and a rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) for rectifying a means of the generator ( 501 . 705 ), the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) and the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) are thermally coupled and a common overtemperature protection device ( 109 . 209 . 309 ) exhibit.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to claim 1, wherein the overtemperature protection device ( 109 . 209 . 309 ) in the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) is integrated.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to claim 1 or 2, wherein the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) and the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) on a common heat sink ( 207 . 803 ) are arranged.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to claim 1 or 2, wherein the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) and the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) each on a separate heat sink ( 307a . 307b ) are arranged, which are thermally coupled together.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to claim 4, wherein the two heat sinks ( 307a . 307b ) are mechanically coupled together.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to one of the preceding claims, wherein the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) and / or the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) are arranged on a common ceramic substrate.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to one of the preceding claims, wherein a phase bridge ( 711a . 711b . 711c ) of the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) for one phase ( 709a . 709b . 709c ) of the generator ( 501 . 705 ) thermally with the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) is coupled.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to one of the preceding claims, wherein the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) one with the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) connectable signal input for detecting an error signal of the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) having.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to one of the preceding claims, wherein the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) one with the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) connectable signal output for outputting an error signal of the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) having.

Contraption ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to one of the preceding claims, wherein the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) has an overtemperature detection for providing an overtemperature signal.

Generator ( 501 . 705 ) for a vehicle with a device ( 101 . 201 . 301 . 503 ) according to one of the preceding claims.

Method for operating an electric generator ( 501 . 705 ) with a field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) for adjusting an exciter current and a rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) for rectifying a means of the generator ( 501 . 705 ), the rectifier and the ( 105 . 205 . 305 . 707 ) Field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) are thermally coupled and wherein for detecting an overtemperature of the rectifier ( 105 . 205 . 305 . 707 ) and the field controller ( 103 . 203 . 303 . 703 ) a common overtemperature protection device ( 109 . 209 . 309 ) is used.